Коэффициент наполнения двигателя: Коэффициент наполнения цилиндра в двигателе

Содержание

Коэффициент наполнения цилиндра в двигателе

В результате рассмотрения процесса наполнения можно сделать вывод, что количество свежего заряда, поступившее в цилиндр за период наполнения, меньше, чем то количество, которое могло бы поместиться при параметрах среды, из которой свежий заряд поступает.

Степень заполнения рабочего цилиндра свежим зарядом, или степень совершенства процесса наполнения, оценивается коэффициентом наполнения.

Коэффициентом наполнения ?_н называется отношение количества свежего заряда, сжимаемого в цилиндре, к количеству заряда, которое могло бы поместиться в объеме рабочего цилиндра V_s при параметрах среды, из которой поступает свежий заряд.

Обозначим:

L — количество молей свежего заряда, сжимаемого в цилиндре;

L₁ — количество молей свежего заряда в объеме V_s при р₀ и Т₀

, а в случае работы двигателя с наддувом при р_к и Т_к;

М_r— количество молей остаточных газов при Т_r и р_r;

R_?— универсальная газовая постоянная.

Для дальнейшего вывода выражения коэффициента наполнения сделаем следующие допущения:

процесс наполнения заканчивается в точке а (см. рис. 25 и 26), т. е. отсутствует дозарядка цилиндра в начале сжатия;

абсолютная работа, совершаемая газами за ход наполнения, равна нулю;

кинетическая энергия газов в цилиндре равна нулю.

В соответствии с принятыми обозначениями можно написать, что

и количество смеси свежего заряда с остаточными газами в конце наполнения будет равно

Из уравнения состояния (см. рис. 26) находим:

При работе двигателя без наддува

при работе с наддувом

Подставляя значения М₁ L и М_r в уравнение (14), получим формулу для определения коэффициента наполнения четырехтактных двигателей:

Можно ?_н выразить и через коэффициент остаточных газов ? , так как:

При работе двигателя с наддувом р₀ = р_к и Т₀ = Т_К, а потому получим наиболее общую формулу, справедливую и для двухтактных двигателей,

Уточненное выражение коэффициента наполнения, предложенное М. М. Масленниковым для четырехтактных быстроходных двигателей с наддувом

Данная формула включает опытные коэффициенты, которые учитывают дозарядку цилиндра ?₁, продувку камеры сгорания ?₂ и работу наполнения ?₃. Для быстроходных двигателей эти коэффициенты равны: ?₁ = 1,02 ? 1,06; ?₂ = 1,1 и ?₃ = 0,87 ? 0,88.

Отсутствие опытных данных количественной оценки коэффициентов ?₁?₂ и ?₃ для различных двигателей ограничивает практическое применение формулы (17).

Рассмотрение полученных формул (15) и (16) позволяет установить влияние различных факторов на коэффициент наполнения. Наибольшее влияние на величину коэффициента наполнения оказывает давление р_а. С увеличением давления р_а, которое происходит при уменьшении сопротивлений впускного тракта, возрастает плотность и количество свежего заряда, а следовательно, и возрастает коэффициент наполнения.

При уменьшении температуры заряда в конце наполнения Т_а плотность его возрастает, а потому коэффициент наполнения также будет возрастать.

Давление и температура остаточных газов р_r и Т_r мало влияют на величину ?_н, так как отношение p_r/T_r в формуле (15) составляет незначительную величину.

Коэффициент остаточных газов ?_r значительно влияет на ?_н; с увеличением ?_r температура свежего заряда в конце наполнения возрастает, а потому коэффициент наполнения уменьшается. Опытные данные показывают, что при увеличении ?_r от 0,05 до 0,15 коэффициент наполнения снижается от 0,86 до 0,69.

Влияние степени сжатия ? на ?_н надо рассматривать совместно с влиянием коэффициента остаточных газов ?_r на ?_н.

Из формул (15) и (16) следует, что с увеличением ? ?_н падает.

Однако с увеличением е коэффициент остаточных газов уменьшается и поэтому ?_нбудет несколько возрастать. Следует отметить, что при колебании степени сжатия в дизелях (? = 13 ? 16) ?_н изменяется очень мало и это изменение можно не учитывать.

Как следует из определения коэффициента наполнения, параметры на впуске р₀ и Т_о непосредственно не влияют на величину ?_н, они влияют на плотность и на вес свежего заряда цилиндра, а следовательно, и на мощность, развиваемую двигателем.

Но, как показывают опыты, повышение температуры на впуске Т₀уменьшает перепад температур ?Т (нагрев воздуха в цилиндре) вследствие чего ?_н несколько возрастает. Таким образом, изменение Т₀ косвенно влияет на изменение ?

н.

Фазы распределения влияют на протекание процесса наполнения и на величину коэффициента наполнения и коэффициента остаточных газов. Одновременно, как это видно на схематической диаграмме выпуска (рис. 27), при правильном установлении опережения выпуска уменьшается затрата энергии на выталкивание (точка 3) по сравнению с точкой 1, когда опережение выпуска отсутствует. При слишком раннем опережении (точка 2) площадь индикаторной диаграммы значительно уменьшается и уменьшается мощность двигателя. Запаздывание закрытия выпускного клапана позволяет использовать инерционное движение газов в выпускном трубопроводе для понижения давления в нем ниже р₀, а следовательно, для лучшей очистки цилиндра от отработавших газов.

Запаздывание закрытия впускного клапана способствует увеличению свежего заряда, во-первых, потому, что при положении поршня в НМТ все еще остается большое проходное сечение впускного клапана, во-вторых, давление в цилиндре в начале сжатия меньше р

0 и воздух может поступать в цилиндр и, в-третьих, вследствие инерции потока воздух будет поступать в цилиндр и при давлении больше р₀.

Перекрытие впускного и выпускного клапанов способствует лучшей очистке цилиндра, а при наддуве осуществляет продувку камеры сгорания.

Изменение числа оборотов двигателя, т. е. изменение скоростного режима двигателя, влияет на скорость потока во впускном тракте, а следовательно, на величину ?р_а и на ?_н. С увеличением числа оборотов двигателя коэффициент наполнения уменьшается, так как вследствие увеличения гидравлических сопротивлений во впускном тракте давление р_а уменьшается. Величина коэффициента наполнения в двигателях без наддува обычно составляет 0,75—0,85, а у двигателей с наддувом за счет уменьшения ?

к коэффициент наполнения возрастает.

Коэффициент наполнения двигателей — Энциклопедия по машиностроению XXL

Средние значения t]v для современных двигателей находятся в пределах 0,75—0,85 при максимальных числах оборотов и 0,85— 0,90 для оборотов, соответствующих максимальному крутящему моменту двигателя. [c.416]
В полученное выражение входит коэффициент наполнения двигателя rij,. Это указывает на то, что нагрузка двигателя и скоростной режим могут через несколько изменять величину коэффициента А поддерживающей силы пневматического чувствительного элемента. [c.269]

Коэффициент наполнения двигателя зависит в основном от скоростного режима двигателя, поэтому Ло = / ( )- [c.395]

Обычные значения коэффициента наполнения двигателей колеблются в пределах от 0,75 до 0,88. Для лучшего наполнения [c.275]

Для временного ослабления детонации прибегают к прикрытию дроссельной заслонки, чем уменьшают коэффициент наполнения двигателя и снижают температуру конца такта сжатия. Снижает детонацию также обогащение смеси. [c.355]

При повышении числа оборотов испарение улучшается за счет увеличения скорости воздуха давлением воздуха раздвигаются упругие пластины 4, и горючая смесь проходит через боковые прорези в насадках, т. е. несколько выше подогреваемой пластины, чем устраняется возможность чрезмерного подогрева в снижения коэффициента наполнения двигателя.

[c.78]

Существенным недостатком последнего способа является неизбежное снижение коэффициента наполнения двигателя. Кроме этого, применение кинематически связанного ТК ведет к большим затратам энергии на сжатие воздуха на частичных нагрузках. Удовлетворительная экономичность на частичных нагрузках может быть получена при применении двух агрегатов свободного турбокомпрессора и турбины, отдающей энергию на коленчатый вал двигателя это решение поведет к существенному усложнению конструкции и может быть оправдано только для двигателей, работающих значительное время на нагрузках, близких, к номинальной. [c.360]

Повышение коэффициента наполнения двигателя может быть осуществлено понижением темпер а-40 [c.40]

Основное значение данного метода состоит в повышении коэффициента наполнения двигателя путем своеобразного наддува, создаваемого вводимым в цилиндры сжатым газом.

[c.145]

Коэффициент наполнения двигателей [c.54]

Рис. 38. Коэффициент наполнения двигателя АЗЛК при разных степенях сжатия

Коэффициент наполнения двигателя увеличивается, что объясняется а) уменьшенными сопротивлениями впускного тракта вследствие снятия карбюратора б) уменьшенной интенсивностью подогрева впускного тракта в) увеличением весового наполнения при впрыске топлива непосредственно в цилиндр двигателя. [c.291]
В отличие от жидких топлив, требующих во избежание конденсации части жидкости во впускной системе двигателя очень высоких скоростей потока рабочей смеси, газовоздушные смеси не конденсируются, что дает возможность работать на меньших скоростях газовоздушного потока.

Это уменьшает гидравлические потери в системе впуска, повышает коэффициент наполнения двигателя и, следовательно, его мощностные показатели. [c.293]

Существенным преимуществом чисто газовых смесителей является возможность максимального снижения гидравлических потерь, следовательно, получения более высокого коэффициента наполнения двигателя. При универсальных карбюраторах-смесителях наполнение двигателя при работе на газе ухудшается из-за меньших размеров диффузоров, необходимых для хорошего распыливания бензина в карбюраторе. [c.309]

Камеры сгорания двигателей с подвесными клапанами и двигателей со смешанным расположением клапанов обладают рядом преимуществ. Эти камеры имеют компактную форму, благодаря чему их относительная поверхность, а следовательно, и потери на охлаждение получаются меньшими, чем в камерах двигателей с боковыми клапанами. Благодаря меньшим сопротивлениям при всасывании (отсутствие резких поворотов всасываемого потока и относительно слабые его удары о днище поршня, меньшие вихри и меньшие потери на трение смеси о стенки камеры) коэффициент наполнения двигателей с подвесными клапанами выше, чем двигателей с боковыми клапанами. [c.121]

В карбюраторных двигателях с однорядным расположением клапанов для обеспечения подогрева впускного трубопровода и более совершенного испарения топлива впускной и выпускной трубопроводы обычно размещают с одной стороны головки цилиндра. В двигателях с двухрядным расположением клапанов, а также в V-образных двигателях трубопроводы располагают по обе стороны головки цилиндров. Такое же расположение трубопроводов применяют чаще всего и в дизелях, что позволяет уменьшить подогрев впускного трубопровода и тем самым повысить коэффициент наполнения двигателя. [c.190]

Прп выборе профиля кулачка учитывают следующие требования Г обеспечение максимального коэффициента наполнения двигателя 2) обеспечение надежной и по возможности бесшумной работы механизма газораспределения при минимальном износе его деталей. [c.213]

Все это способствует увеличению коэффициента наполнения двигателя, повышая его мощность и экономичность. [c.228]

Значения коэффициентов наполнения двигателей лежат в пределах 0,75 0,90, причем чем выше число оборотов, тем меньше %. [c.445]

Однако при повышении напряженности горения увеличивается скорость прохождения газа в слое топлива, в результате чего усиливается сопротивление газогенератора, а следовательно, уменьшается коэффициент наполнения двигателя. Кроме того, при работе на топливах с высоким содержанием золы повышение напряженности горения ограничено образованием шлака в камере [c.31]

В результате этого, а также вследствие уменьшения коэффициента наполнения двигателя и индикаторного к. п. д. литровая мощность двигателей газогенераторных автомобилей обычно не превышает 7—13 л. с., в то время как для бензиновых двигателей она равна 13—-30 л. с. [c.106]

Из формулы (18) видно, что при понижении теплотворности 1г и газо-воздушной смеси уменьшается величина среднего эффективного давления. Кроме того, величина коэффициента наполнения двигателя -цу я индикаторного к. п. д. -ц,- при работе двигателя на генераторном газе также уменьшается. [c.112]

Расход газа и газо-воздушной смеси. Если известны основные параметры двигателя (V —рабочий объем цилиндров — литраж, п — число оборотов двигателя в минуту и — коэффициент наполнения двигателя), то количество газо-воздушной смеси, засасываемой двигателем за 1 час. работы, можно определить по следующей формуле [c.133]

Коэффициент наполнения двигателя ЗИС-5 при работе на генераторном газе и п = 2400 об/мин, принимаем 0,53. Тогда [c.145]

Весовой заряд цилиндров увеличивается по двум причинам.

Первой причиной является уменьшение давления окружающей среды, приводящее к увеличению коэффициента наполнения двигателя. Объясняется это тем, что с уменьшением давления окружаюшей среды соответственно уменьшается давление на выпуске двигателя, а следовательно, и давление остаточных газов в цилиндре. При этом остаточных газов в цилиндре становится меньше, что обеспечивает возможность поступления в цилиндр [c.169]Меньшие значения Wb соответствуют двигателям с хорошо развитыми проходными сечениями впускных клапанов, большие — двигателям с относительно небольшими проходными сечениями впускных клапанов и впускных каналов. При проектировании механизмов газораспределения скорость Швп следует принимать возможно меньшей, так как с ее увеличением растут гидравлические потери на впуске и уменьшается коэффициент наполнения двигателя у у. Вместе с тем в карбюраторных двигателях для улучшения испарения топлива и обеспечения нормального смесеобразования эта скорость должна быть не меньше 60 м1сек.

Расчетные скорости вып в проходных сечениях выпускных клапанов обычно принимают в 1,4—1,5 раза большими, чем расчетные скорости w n, так как небольшое увеличение давления рг выпускных газов весьма незначительно ухудшает наполнение двигателя и почти не уменьшает величину среднего индикаторного давления Pi. [c.260]

В некоторых двигателях гоночных автомобилей с целью обеспечения надежной работы на высоких оборотах применяют беспружинные механизмы газораспределения с принудительным открытием и закрытием клапанов, или так называемые десмодромные механизмы. Принципиальная схема одного из таких механизмов, установленного на двигателе Мерседес — Бенц с непосредственным впрыском топлива, приведена на рис. 229. В этом двигателе подъем и опускание клапанов осуществляются от самостоятельных кулачков и происходят с очень большими ускорениями, что позволяет значительно увеличить время,— сечение клапана и, следовательно, повысить коэффициент наполнения двигателя. При работе двигателя Мерседес — Бенц на режиме 10 ООО об мин максимальные положительные ускорения клапана до- [c. 318]

В системе с использованием энергии потока постоянного давления один трубопровод объединяет выхлоп из многих цилиндров и выхлопы иа отдельных цилиндров накладываются один на другой, однако, полного выравнивания давления, как правило, не происходит и пики давления в начальный период выхлопа доминируют над колебаниями давления, вызванными волновыми явлениями. В качестве примера на фиг. 70 приведена осциллограмма давления в выхлопном трубопроводе двигателя 6ЧН10, 5/13 при его работе с объединением выхлопа из всех цилиндров. Имеющие место подъемы давления в данном случае совпадают с периодами перекрытия фаз выхлопа и наполнения и могут существенно снизить коэффициент наполнения двигателя. Даже при весьма большом объеме выхлопного трубопровода эти подъемы могут быть существенными и превышать 0,2—0,3 кПсм . Поэтому при подборе фаз газораспределения двигателя с неразделенным выхлоп- [c.361]

На коэффициент наполнения двигателя оказывают также влияние размеры цилиндра, расположение клапанов, копструк- [c. 24]

Рис. 36. Коэффициенты наполнения двигателя при разны.х углах опаздывания заг рытия впускного отверстия

Впуск. Ход впуска начинается по окончании хода выпуска. Поэтому в камере сгорания находятся отработавшие газы при повышенной температуре порядка 700° С и давлении, несколько превышающем атмосферное. Таким образом, при впуске рабочий объем цилиндра не может быть полностью заполнен свежей горючей смесью. Объемный коэффициент наполнения двигателя определяется отношением объема свежезасосанного заряда Va к рабочему объему цилиндра V,, [c.7]

Создаваемый очистителем напор используется на повышение коэффициента наполнения двигателя или на покрытие сопротивления водоотбойника, который может быть установлен между очистителем и смесителем двигателя. [c.97]

Пример. Двенадцатнцилиыдровый двигатель расходует 4150 кг воздуха в час диаметр поршня О = 150 мм ход поршня 5 = 170 мм число оборотов двигателя п = 2700 в минуту. Давление на впуске = 1000 мм рт. ст. и температура Г = 360° абс. Определить коэффициент наполнения двигателя. [c.49]

Факторы, влияющие на наполнение цилиндра

Из уравнений видно, что на величину коэффициента наполнения влияют давление ра и температура Та в конце впуска, подогрев заряда AT, коэффициент остаточных газов уост, температура Тг, а также степень сжатия е. Наибольшее влияние оказывает величина — или —. РоРп

Значения этих величин, как было показано выше, зависят от ряда факторов. При подготовке к производству новых образцов двигателей стремятся по возможности уменьшить отрицательное влияние этих факторов на наполнение двигателя. Тщательная обработка внутренней поверхности впускного трубопровода и рациональная его конструкция с наименьшим числом поворотов обеспечивают снижение сопротивлений во впускной системе; более совершенная организация выпуска отработавших газов способствует уменьшению количества остаточных газов; возможность регулирования обогрева впускного трубопровода позволяет в карбюраторных двигателях избежать чрезмерного подогрева свежего заряда.

Наполнение двигателя при постоянном числе оборотов и изменении нагрузки. Изменение нагрузки в карбюраторных двигателях при постоянном числе оборотов коленчатого вала достигается перемещением дроссельной заслонки, в результате этого уменьшается или увеличивается количество поступающей в цилиндр горючей смеси.

При снижении нагрузки дроссельную заслонку прикрывают, вследствие уменьшения проходного сечения гидравлические сопротивления во впускной системе возрастают, что приводит к понижению давления ра. Штриховой линией показана индикаторная диаграмма газообмена при прикрытой дроссельной заслонке. Из диаграммы видно, что в этом случае в процессе впуска давление в цилиндре понижается, вследствие чего коэффициент наполнения уменьшается.

Во впускной системе дизелей отсутствуют какие-либо устройства, изменяющие количество подаваемого в цилиндр воздуха, так как изменение нагрузки в дизеле достигается регулированием количества впрыскиваемого топлива. Следовательно, при постоянном числе оборотов коленчатого вала гидравлические сопротивления во впускной системе дизеля остаются неизменными.

На величину коэффициента наполнения в дизеле при изменении нагрузки влияет только подогрев воздуха.

При увеличении нагрузки из-за выделения большего количества теплоты повышается температура стенок цилиндра, днища поршня и головки цилиндров. В результате этого по мере увеличения нагрузки поступающий в цилиндр воздух подогревается больше, и коэффициент наполнения несколько снижается.

Наполнение двигателя при переменных числах оборотов. Как видно из уравнения , потери давления во впускной системе прямо пропорциональны квадрату скорости движения заряда.

При повышении числа оборотов двигателя скорость движения заряда во впускной системе увеличивается примерно пропорционально числу оборотов. В связи с этим растут соответственно гидравлические сопротивления, а давление ра понижается. Такая же картина наблюдается и в выпускной системе, где с повышением числа оборотов растет давление остаточных газов рг и увеличивается их количество.

При повышении скоростного режима подогрев заряда из-за сокращения времени соприкосновения его с горячими стенками уменьшается.

Как показали опыты, у большинства автомобильных двигателей подогрев по сравнению с возрастающими сопротивлениями на впуске и выпуске меньше влияет на г]у.

В результате совместного действия этих факторов после достижения скоростного режима, при котором при соответствующим образом подобранных фазах газораспределения гу имеет наибольшее значение, дальнейшее увеличение числа оборотов приводит к уменьшению коэффициента наполнения.

На рис. 48 показано изменение коэффициента наполнения карбюраторного двигателя и дизеля в зависимости от числа оборотов. Наибольшие коэффициенты наполнения rvУ обоих двигателей соответствуют определеннымчислам оборотов.

Снижение коэффициента наполнения и у при уменьшении числа оборотов объясняется усилением подогрева заряда вследствие увеличения промежутка времени, в течение которого он соприкасается со стенками, и несоответствием фаз газораспределения условиям газообмена при пониженном числе оборотов. Необходимо отметить, что при малых числах оборотов увеличивается утечка заряда через поршневые кольца (особенно у двигателей с большим износом поршневых колец и зеркала цилиндра).

Из рис. 48 видно, что коэффициент наполнения rjyпри полной нагрузке у дизеля (кривая 2) несколько выше, чем у карбюраторного двигателг (кривая 3) и меняется менее значительно в зависимости от скоростного режима. Это объясняется тем, что во впускной системе дизеля отсутствуют карбюратор и дроссельная заслонка,вследствиечегоГидравлическиесопротивления у него меньше.

У карбюраторного двигателя по мере прикрытия дроссельной заслонки из-за возрастающих сопротивлений коэффициент наполнения падает более резко (кривые 4 и 5). Такая зависимость коэффициента наполнения от числа оборотов при прикрытии дроссельной заслонки, как будет показано ниже, обеспечивает ограничение наибольшего числа оборотов при снижении нагрузки и

устойчивую работу двигателя при наименьшем числе оборотов холостого хода.

В дизеле из-за уменьшения подогрева воздуха при снижении нагрузки коэффициент наполнения rvрастет. Кривая 1 показывает изменение коэффициента наполнения дизеля при его работе на холостом ходу.

Влияние степени сжатия. При изменении степени сжатия меняются условия подогрева заряда в цилиндре двигателя, а также количество остаточных газов и их температура. Влияние отдельных факторов при этом взаимно компенсируется. Опыты показали, что коэффициент наполнения практически независит отстепенисжатия.

Влияние размеров цилиндра, отношения хода поршня к диаметру цилиндра и расположения клапанов. При больших диаметрах цилиндра можно разместить клапаны большего диаметра. Увеличение диаметра впускного клапана позволяет осуществить процесс впуска при меньшей скорости движения заряда, что приводит к снижению гидравлических потерь и повышению коэффициента наполнения.

В настоящее время большое распространение получают корот-коходные двигатели, в которых отношение хода поршня к диаметру цилиндра меньше единицы. Одним из преимуществ этих двигателей, имеющих сравнительно большой диаметр цилиндра, является возможность размещения в головке цилиндров клапанов большого диаметрапри верхнем их расположении.

На рис. 49 показаны конструктивные схемы впускных каналов карбюраторных двигателей и дизелей. Верхнее расположение клапанов и соответствующая форма впускных каналов обеспечивает плавный впуск свежего заряда. В этом случае гидравлические сопротивления снижаются и коэффициент наполнения увеличивается. Кроме того, при наличии впускных каналов специальной формы образуется направленное движение рабочей смеси в цилиндре, необходимое для лучшего протекания процесса смесеобразования и сгорания.

Влияние фаз газораспределения. Коэффициент наполнения зависит от продолжительности и момента открытия и закрытия впускных и выпускных органов, т. е. от фаз газораспределения.

Влияние фаз газораспределения на коэффициент наполнения не поддается расчету, и их выбор производится опытным путем. С учетом влияния фаз газораспределения коэффициент наполнения для четырехтактного двигателя можно подсчитать по уравнению
коэффициент дозарядки, учитывающий дополнительное количество заряда, поступающего при движении поршня от н. м. т. до момента закрытия впускного клапана (линия а4, рис. 42, б).

коэффициент продувки, учитывающий дополнительную очистку цилиндров в период перекрытия клапанов при нахождении поршня вблизи в. м. т.

Для четырехтактных двигателей с наддувом вместо Т0 и р0 в уравнения (192), (193) и (194) необходимо подставлять значения Тк и рк.

Выбранные опытным путем фазы газораспределения обеспечивают оптимальные условия по наполнению для некоторого интервала изменения скоростного режима двигателя. Это означает, что для автомобильных двигателей, работающих в широком диапазоне изменения чисел оборотов коленчатого вала, нельзя подобрать фазы газораспределения так, чтобы они были наилучшими для всех случаев. Число оборотов, при котором производят подбор фаз, выбирают в зависимости от требований, предъявляемых к двигателю при его эксплуатации.

Влияние колебательных явлений в трубопроводах. В трубопроводах автомобильных двигателей в процессе впуска и выпуска возникает колебательное движение газов, приводящее к образованию волн давления. Это явление можно использовать для увеличения массы поступающего в цилиндр заряда. Если, например, настроить выпускную систему так, чтобы к концу процесса выпуска в момент перекрытия клапанов в ней образовалось разрежение, то количество отработавших газов, вытекающих из цилиндра, увеличится, а уос?„ уменьшится. В результате этого в цилиндр двигателя поступит большее количество свежего заряда.

Оценка наполнения цилиндра ДВС свежим зарядом по результатам численного моделирования Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

05.20.00 ПРОЦЕССЫ И МАШИНЫ АГРОИНЖЕНЕРНЫХ СИСТЕМ

05.20.01 УДК 62-224.4

ОЦЕНКА НАПОЛНЕНИЯ ЦИЛИНДРА ДВС СВЕЖИМ ЗАРЯДОМ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

Абросимова Мария Владимировна, аспирант

Нижегородская ГСХА, Нижний Новгород (Россия) Жолобов Лев Алексеевич, кандидат технических наук, профессор кафедры «Эксплуатация мобильных энергетических средств и сельскохозяйственных машин»

Нижегородская ГСХА, Нижний Новгород (Россия)

Шелякин Иван Николаевич, аспирант Нижегородская ГСХА, Нижний Новгород (Россия)

Аннотация. В данной статье представлены результаты математического и численного моделирования наполнения двигателя с учетом газодинамических факторов. При оценке наполнения двигателя необходимо рассматривать граничные условия в момент открытия впускного клапана и эффективную проходную площадь в горловине канала, которая совместно с величиной подъема клапана является определяющим размером в механизме газораспределения. Численные значения являются функцией отношения текущего перемещения клапана к диаметру горловины. Потери наполнения, связанные с подогревом воздушного заряда от стенок и частичное превращение кинетического заряда в теплоту, оценивается потерями AT. Данная величина повышения температуры при наполнении ДВС выполнена для режима вешней скоростной характеристики. Изменения давления заряда в конце впуска оцениваются потерей части кинетической энергии с переходом в потенциальную вследствие торможения заряда. В работе проведена оценка вброса газов из цилиндра во впускную систему при частичных нагрузках вследствие увеличения зоны перекрытия клапанов. Что в конечном итоге снижает коэффициент наполнения. Даются данные по увеличению коэффициента наполнения за счет процесса дозарядки вследствие расширения фазы запаздывания закрытия впускного клапана. Предложена методика проведения расчетов и дана количественная оценка наполнения двигателя в зависимости от конструктивных особенностей элементов, составляющих впускную систему, в которую входят коэффициент сопротивления проточной части, средняя скорость поршня, площадь поперечного сечения цилиндра, среднее эффективное проходное течение клапанной щели, число клапанов, величина подъема клапана, диаметр горловины, а также дана оценка влияния суммарных потерь от газодинамического сопротивления.

Ключевые слова: базовая система уравнений, граничные и начальные условия, двигатель внутреннего сгорания, коэффициент наполнения, математическое и численное моделирование, расчетная сетка, технические характеристики впускной системы.

ASSESSMENT OF FILLING CYLINDER CHARGE ON ICE FRESH NUMERICAL SIMULATIONS

Abrosimova Maria Vladimirovna, post-graduate student

Nizhny Novgorod State Agricultural Academy, Nizhny Novgorod (Russia) Zholobov Lev Alexeevich, candidate of Technical Sciences, professor of the Department «Exploitation of mobile power vehicles and agricultural machinery» Nizhny Novgorod State Agricultural Academy, Nizhny Novgorod (Russia)

Shelyakin Ivan Nikolaevich, post-graduate student Nizhny Novgorod State Agricultural Academy, Nizhny Novgorod (Russia)

Annotation. This article presents the results of mathematical and numerical modeling of filling the engine, considering gas-dynamic factors. When evaluating filling the engine it must be taken into account limited conditions at the moment of opening the intake valve and effective flow area in the throat of the channel, which is a determining factor together with gas distributing mechanism. Numeric values are function of the current movement of the valve to the diameter of the throat. Losses connected with heating the air charge by the walls and partial conversion kinetic charge into the heat estimating by AT. The value of increasing the temperature while filling the engine made for outward speed characteristic mode. Changing the pressure of the charge at the end of the inlet estimates by loses of kinematic energy with conversion into potential energy due to stopping the charge. There was made an assessment of emission of gases from the cylinder to the to the intake system while partial load due to the increasing the valve closing zone. Finally, it decreasing the coefficient of filling. There is data of increasing the coefficient of filling due to the process of charging because of expansion of the phase of the delay of closing the intake valve. Suggested the method-

ic of calculation and quantitative assessment of filling the engine, depending on design features of elements of intake system. Suggested the methodic of calculation and quantitative assessment of filling the engine, depending on design futures of elements of intake system which consists of: the drag coefficient of the flow area, the average piston speed, the cylinder cross-sectional area, average effective flow of the valve gap, number of valves, lift of the valve, diameter of the throat, and otherwise it was estimated sum loses of the gas-dynamic drag.

Key words: internal compulsion engine, mathematical and numerical modeling, calculating net, technical features of intake system, coefficient of filling, basic system of equations, limited and starting conditions.

В современных условиях большое значение приобретают вопросы прогнозирования мощност-ных и экономических показателей работы тракторных дизелей [1; 5]. Поэтому весьма важно уже на стадии проектирования дизеля иметь методику расчетной оценки коэффициента наполнения и коэффициента расхода воздуха во впускных каналах, которая достаточно близко соответствовала бы действительности.

Методика численного расчета коэффициента наполнения должна включать в себя учет всех факторов, влияющих на наполнение двигателя. Одним из которых является оценка совершенства впускной системы двигателя внутреннего сгорания (ДВС) [2; 11].

В общей проблеме совершенствования технико-экономических показателей тракторных дизелей важное значение имеют вопросы оценки качества впускных каналов, геометрии проточной части канала, ее качества, что во многом определяет снабжение двигателя свежим зарядом.

К важным показателям, используемым для оценки степени аэродинамического совершенства проточной части впускных каналов, относятся коэффициент наполнения и коэффициент расхода воздуха [18]. Последний определяет граничные условия в момент открытия впускного клапана и эффективную проходную площадь в горловине канала, которая совместно с величиной подъема клапана является определяющим размером в механизме газораспределения (МГР). Численное значение ц является функцией отношения текущего перемещения клапана к диаметру горловины впускного канала (), что позволяет связать характерные размеры клапана и канала[2; 14; 17].

Определение коэффициента наполнения при проектировании дизеля является одной из основных задач расчета рабочего цикла. Формула для определения коэффициента наполнения двигателя внутреннего сгорания является универсальной для любого типа двигателей и имеет вид: £ Ра Тк

% = фдо

£-1 PK Тк+ДТ+фтепФдозТТг’

(1)

Однако по формуле (1) невозможно проследить влияние потерь, оцениваемых коэффициентом расхода, на величину коэффициента наполнения. .. = ДТГ

: к • n,

(7)

т 1 стн

где ДТст — повышение температуры воздуха при

наполнении вследствие теплоотдачи от стенок для номинальной частоты вращения коленчатого вала, град; гг = П(/Пн — относительная частота вращения коленчатого вала; П( — текущая частота вращения; пн — частота вращения, соответствующая номинальному режиму; к — эмпирический коэффициент (для дизелей типа 4ЧН 15/20,5 равен I).

Повышение температуры воздушного заряда вследствие его торможения на впуске:

ДТад = Тк •

( РаЛ k 1Фвп)

(8)

где k — показатель адиабаты для воздуха. («aj, (13)

где £ — степень сжатия; ст(аа1) — значение кинематической функции хода поршня при положении поршня, соответствующем моменту (яа1).

а(аа1) = 1 + — — (cos «a! + — • V1 — Я2 ■ sin2 «a!), (14) где А = — отношение радиуса кривошипа к длине шатуна.

Давление в цилиндре в момент закрытия впускного клапана:

ai=Pa'(Va/v-

«ai

(15)

где — показатель политропы сжатия.

Таким образом, с учетом (12) и (15) из (11) следует:

Л%,яб =

—

— 1) ■ П. таких факторов, как коэффициент сопротивления проточной части, средняя скорость поршня, площадь поперечного сечения цилиндра, среднее эффективное проходное сечение клапанной щели, число клапанов, величина подъема клапана, диаметр горловины и др. [4; 12; 20].

Таким образом изложена методика расчета коэффициента наполнения с учетом влияния суммарных потерь от газодинамического сопротивления, подогрева воздушного заряда, расширения остаточных газов, заброса газов во впускной коллектор и увеличение % от процесса дозарядки.

Учитывая сложность и длительность создания оптимальной формы проточной части системы впуска, при ее проектировании и модернизации целесообразно привлечение математических моделей [5; 6; 12; 15; 16; 19]. Это не только удешевляет и ускоряет создание оптимального воздушного тракта, но и обеспечивает условия для автоматизации процесса проектирования. Методы расчета системы впуска, направленные на оптимизацию ее параметров с учетом влияния условий работы двигателя, нестационарности процессов, протекающих во впускном тракте, движения клапанов, базируются, как правило, на экспериментальном или теоретическом определении коэффициента расхода. Применяемые статическая и динамическая продувки впускных каналов головок цилиндров, с помощью

k-i

—

которых определяется коэффициент расхода требуют значительных затрат времени и материальных средств. Расчетное определение коэффициента расхода, с использованием современных методов позволяет существенно сократить объем экспериментальных исследований и решить основные задачи, выбрав оптимальное сочетание конструктивных элементов впускных каналов на стадии проектирования и доводки двигателя.

Расчетному определению коэффициента расхода посвящены работы [7; 8; 16]. Эти работы базируются либо на строгих законах газовой динамики, либо на полученных эмпирических зависимостях, которые, как правило, связывают коэффициент расхода только с подъемом клапана или с отношением величины подъема клапана к диаметру горловины. Однако они не учитывают конструкцию, тип канала с клапаном и являются частными, то есть применимыми для одной конструкции каналов. В ряде работ коэффициент расхода связывается с коэффициентами сжатия и местного сопротивления.

Рассмотрим математическую модель определения коэффициента расхода, оценивающего газодинамическое совершенство впускного канала с клапаном. Именно в клапанной щели гидравлические потери наибольшие [2; 10; 17; 18].

Движение воздушного потока через клапан в канале головки цилиндров сопровождается потерями, уменьшающими расход воздуха. кл.щ. = (25)

где в = /т(П// — коэффициент сжатия струи воздушного потока; fmin — площадь зауженного сечения

2 г 2

струи, м ; f — геометрическая площадь отверстия, м .

Коэффициент сжатия струи определяется по таблице 1 [12].

Таблица 1 — Зависимость коэффициента сжатия струи от отношения подъема клапана к диаметру горловины

0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,269 0,3 0,35

£ 0,674 0,672 0,6705 0,668 0,665 0,664 0,661 0,656

В винтовом впускном канале первичное вращение воздушного потока создается в улитке непосредственно над тарелкой клапана. При этом профиль проточной части улитки может быть построен по логарифмической спирали либо спирали Архимеда. В первом случае текущий радиус логарифмической спирали Я0 определяется по формуле:

Ф/

R0 = 0,5 ■ d0 ■ е /2 п, (26)

где do — диаметр выходного сечения, м; е — основание натуральных логарифмов; ф — угол раскрытия спирали, град.

Коэффициент сопротивления в улитке винтового канала определяется из характеристики улитки, при этом почти все потери в проточной части канала связаны с потерями в улитке канала £вк = £ул. По результатам обработки авторами большого числа экспериментальных материалов [2; 5; 6; 13; 20] с использованием метода наименьших квадратов сопротивление в улитке впускного винтового канала Ъул в зависимости от относительной величины подъема впускного клапана может быть представлено в виде полинома пятой степени: ?ул = -10,13 • 104 • №кМ)5 + 97,96 • 103 • №кМ)4 —33,05 • 103 • (hк/dг)3 + 55,13 • 102 • (hк/dг)2 —

-373,6 • (hк/dг) + 15,1. тк) ‘ ) +

. (33)

Проверка сходимости величин коэффициентов расхода воздуха, полученных при продувке и при расчете, показала, что математическая модель [11; 16; 19] имеет статический критерий достоверности 95 %.

Таким образом, расчетное определение коэффициента расхода впускных каналов с клапанами позволяет оценить конструкцию впускного канала на стадии проектирования, упростить математическую модель расчета рабочего цикла для создания которой уже не потребуется проведение экспериментов по продувке каналов, а также наметить пути совершенствования каналов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Агафонов А. Н., Слесаренко И. В., Гудзь В. Н., Горланов А. В., Пчельников Д. П., Ра-зуваев А. В. Экспериментальные исследования работы ДВС с усовершенствованной системой возду-хоснабжения // Двигателестроение. 2007. № 2. С.11-15.

2. Васильев А. В., Григорьев Е. А. Формирование характеристик газораспределения ДВС // Двигателестроение. № 1. 2002. С. 23-25.

3. Голев Б. Ю. Численный расчет движения воздушного заряда во впускном винтовом канале и цилиндре дизеля // Фундаментальные и прикладные проблемы совершенствования поршневых двигателей : Материалы XII Международной научно-практической конференция, г. Владимир. 2010. С. 29-31.

4. Горнушкин Ю. Г., Михайлов Я. А. Требования к воздухопроводяшему тракту моторного испытательного стенда // Фундаментальные и прикладные проблемы совершенствования поршневых двигателей : Материалы X Международной научно-практической конференция. г. Владимир. 2005.

С. 29-31.

5. Гоц А. Н., Гаврилов А. А. Моделирование показателей цикла двигателя по внешней скоростной характеристике // Материалы IX Международной научно-практической конференции. г. Владимир. 2003. С. 52-56.

6. Грицюк А. В., Алехин С. А., Опалеев В. А., Солодов В. Г., Хандримайлов А. А. Исследование газодинамических характеристик впускных каналов дизеля при его разработке // Материалы X Международной научно-практической конференции. г. Владимир. 2005. С. 82-88.

7. 7.Гусаков С. В., Макаревский А. С. Опыт применения метода планируемого эксперимента в исследованиях ДВС // Материалы X Международной научно-практической конференции. г. Владимир. 2005. С. 38-40.

8. Жлуктов С. В., Субботина П. Н. Моделирование течений с частицами и двухфазного горения программным комплексом FlowVision // Материалы X Международной научно-практической конференции. г. Владимир. 2005. С. 52-53.

9. Захаров Л. А., Хрунков С. Н. и др. Расчет действительного цикла поршневого бензинового двигателя с использованием индикаторной диаграммы // Межвуз. сб. научн. тр. г. Н. Новгород : НГТУ. 2000. С. 102-110.

10. Иващенко Н. Л. Двигатели внутреннего сгорания, перспективы силовых установок // Материалы IX Международной научно-практической конференции. г. Владимир. 2003. С. 15-17.

11. Ильгамов М. А., Гильманов А. Н. Неотражающие условия н границах расчетной области. М. : Физматлит. 2003. 285 с.

12. Калугин С. П., Балабин В. Н. Математическое моделирование процессов газообмена двигателя внутреннего сгорания // Прикладная наука. 2007. № 1. С. 20-27.

13. Куликовский А. Г., Погорелов Н. В., Семенов А. Ю. Математические вопросы численного решения гиперболических систем уравнений. М. : Физматлит. 2001. 318 с.

14. Лиханов В. А., Лопатин О. П. Моделирование рабочего процесса газодизеля при работе с рециркуляцией ОГ // Материалы X Международной научно-практической конференции. г. Владимир. 2005. С. 31-33.

15. Лобов Н. В. Расчет по трехмерной модели процесса газообменя двухтактного одноцилин-дрованного бензинового двигателя с кривошипно-камерной продувкой // Материалы IX Международной научно-практической конференции, г. Владимир. 2003. С.261-263.

16. Малиованов М. В., Хмелев Р. Н. К вопросу разработки математического и программного

обеспечения расчета газодинамических процессов в ДВС // Материалы IX Международной научно-практической конференции, г. Владимир, 2003, С.213-216.

17. Миронычев М. А., Павельев В. Н., Ни-зовцев В. А., Орлов С. А., Хрунков С. Н. Рациональная организация рабочих процессов поршневых двигателей с целью повышения их технико-экономических показателей // Материалы X Международной научно-практической конференции. г. В ладимир. 2005. С. 65-67.

18. Химич В. Л., Макаров А. Р., Захаров И. Л. Разработка трехзонной математической модели участков смесеобразования и сгорания рабочего процесса бензинового поршневого ДВС // Материалы X Международной научно-практической конференции. г. Владимир. 2005. С. 71-81.

19. Эфрос В. В., Голев Б. Ю. Численное моделирование впускных каналов // Двигателестрое-ние. 2007. № 4. С. 24-27.

20. Янович Ю. В. Влияние закрутки потока во впускном канале на структуру движения заряда в цилиндре двигателя // Материалы VIII научно-практической конференции. г. Владимир. 2001. С.268-271.

REFERENCES

1. Agafonov A. N., Slesarenko I. V., Gudz’ V. N., Gorlanov A. V., Pchel’nikov D. P., Razu-vaev A. V. Eksperimental’nie issledovaniya raboti DVS s usovershenstvovannoy sistemoy vozduhosnab-zgeniya (EXPO-ICE works tal studies with improved air supply system), Dvigatelestroenie. 2007. No. 2. pp.11-15.

2. Vasil’ev A. V., Grigor’ev E. A. Formirovanie harakteristik gazoraspredeleniya DVS (Formation ICE timing characteristics), Dvigatelestroenie. No. 1. 2002. pp.23-25.

3. Golev B. YU. CHislenniy raschet dvizgeniya vozdushnogo zaryada vo vpusknom vintovom kanale i tsilindre dizelya (The numerical calculation of the charge air in the intake channel and the screw cylinder diesel), Fundamental’nie i prikladnie problemi sovershenstvovaniya porshnevih dvigateley : Materiali XII Mezgdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konfer-entsii. g. Vladimir. 2010. pp. 29-31.

4. Gornushkin YU. G., Mihaylov YA. A. Trebo-vaniya k vozduhoprovodyashemu traktu motornogo ispitatel’nogo stenda (Requirements vozduhoprovod-yashemu path engine test bed), Fundamental ‘nie i prikladnie problemi sovershenstvovaniya porshnevih dvigateley : Materiali X Mezgdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsiya. g. Vladimir. 2005. pp.29-31.

5. Gots A. N., Gavrilov A. A. Modelirovanie pokazateley tsikla dvigatelya po vneshney skorostnoy

harakteristike (Simulation engine cycle indicators for external speed characterized Stick), Materiali IX Mezgdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii. g. Vladimir. 2003. pp. 52-56.

6. Gritsyuk A. V., Alehin S. A., Opaleev V. A., Solodov V. G., Handrimaylov A. A. Issledovanie gazo-dinamicheskih harakteristik vpusknih kanalov dizelya pri ego razrabotke (The study of gas dynamic characteristics of the intake channel of a diesel engine in its development), Materiali X Mezgdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii. g. Vladimir. 2005. pp.82-88.

7.Gusakov S. V., Makarevskiy A. S. Opit prime-neniya metoda planiruemogo eksperimenta v issledo-vaniyah DVS (Experience of applying the method of the planned experiment in ICE research), Materiali X Mezgdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii. g. Vladimir. 2005. pp. 38-40.

8. ZGluktov S. V., Subbotina P. N. Modeliro-vanie techeniy s chastitsami i dvuhfaznogo goreniya programmnim kompleksom FlowVision (Modelling of particle two-phase and burning software FlowVision complex), Materiali X Mezgdunarodnoy nauchno-prakti-cheskoy konferentsii. g. Vladimir. 2005. pp. 5253.

9. Zaharov L. A., Hrunkov S. N. i dr. Raschet deystvitel’nogo tsikla porshnevogo benzinovogo dvigatelya s ispol’zovaniem indikatornoy diagrammi (Calculation of the actual cycle reciprocating gasoline engine is-the use of the indicator diagram), Mezgvuz. sb. nauchn. tr. g. N. Novgorod : NGTU. 2000. pp.102-110.

10. Ivaschenko N. L. Dvigateli vnutrennego sgoraniya, perspektivi silovih ustanovok (Internal combustion engines, power plants perspectives), Materiali IX Mezgdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii. g. Vladimir. 2003. pp. 15-17.

11. Il’gamov M. A., Gil’manov A. N. Ne-otrazgayuschie usloviya n granitsah raschetnoy oblasti (Nonreflecting conditions n boundaries of the region). M. : Fizmatlit. 2003. 285 p.

12. Kalugin S. P., Balabin V. N. Matematich-eskoe modelirovanie protsessov gazoobmena dvigatelya vnutrennego sgoraniya (Mathematical modeling of the gas exchange of the combustion engine), Prikladnaya nauka. 2007. No. 1. pp. 20-27.

13. Kulikovskiy A. G., Pogorelov N. V., Se-menov A. YU. Matematicheskie voprosi chislennogo resheniya giperbolicheskih sistem uravneniy (Mathematical problems in the numerical solution of hyper-parabolic uravneniy). M. : Fizmatlit. 2001. 318 p.

14. Lihanov V. A., Lopatin O. P. Modelirovanie rabochego protsessa gazodizelya pri rabote s retsirkul-

yatsiey OG (Modeling of gas diesel engine working process when working with EGR), Materiali X Mezgdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii. g. Vladimir. 2005. pp. 31-33.

15. Lobov N. V. Raschet po trehmernoy modeli protsessa gazoobmenya dvuhtaktnogo odnotsilindro-vannogo benzinovogo dvigatelya s krivoshipno-kamernoy produvkoy (Calculation of the three-dimensional model of a two-stroke gas exchange process odnotsilindrovannogo ben Zinoviev engine crank-chamber scavenging), Materiali IX Mezgduna-rodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii, g. Vladimir. 2003. pp.261-263.

16. Maliovanov M. V., Hmelev R. N. K voprosu razrabotki matematicheskogo i programmnogo obespecheniya rascheta gazodinamicheskih protsessov v DVS (On the question of the development of mathematical and software calculation of dynamic processes in internal combustion engines), Materiali IXMezgdu-na-rodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii, g. Vladimir, 2003, pp. 213-216.

17. Mironichev M. A., Pavel’ev V. N., Nizov-tsev V. A., Orlov S. A., Hrunkov S. N. Ratsional’naya organizatsiya rabochih protsessov porshnevih dvigate-ley s tsel’yu povisheniya ih tehniko-ekonomicheskih pokazateley (The rational organization of working processes of piston engines in order to increase their technical and economic exponents-lei), Materiali X Mezgdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii. g. Vladimir. 2005. pp. 65-67.

1 8 . Himich V. L., Makarov A. R., Zaharov I. L. Razrabotka trehzonnoy matematicheskoy modeli uchastkov smeseobrazovaniya i sgoraniya rabochego protsessa benzinovogo porshnevogo DVS (Development of a three-zone mathematical model plots mixture formation and combustion-working process piston petrol DVS), Materiali X Mezgdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii. g. Vladimir. 2005. pp. 7181.

19. Efros V. V., Golev B. YU. CHislennoe mod-elirovanie vpusknih kanalov (Numerical simulation of engine intake channels), Dvigatelestroenie. 2007. No. 4. pp.24-27.

20. YAnovich YU. V. Vliyanie zakrutki potoka vo vpusknom kanale na strukturu dvizgeniya zaryada v tsilindre dvigatelya (Influence of spin flow in the inlet channel to the motion of the charge in the cylinder structure), Materiali VIII nauchno-prakticheskoy konferentsii. g. Vladimir. 2001. pp. 268-271.

Дата поступления статьи в редакцию 10.09.2016

Коэффициент — наполнение — двигатель

Cтраница 1

Коэффициент наполнения двигателя увеличивается, что объясняется: а) уменьшенными сопротивлениями впускного тракта вследствие снятия карбюратора; б) уменьшенной интенсивностью подогрева впускного тракта; в) увеличением весового наполнения при впрыске топлива непосредственно в цилиндр двигателя. [1]

Все это способствует увеличению коэффициента наполнения двигателя, повышая его мощность и экономичность. [2]

Существенным недостатком последнего способа является неизбежное снижение коэффициента наполнения двигателя. Кроме этого, применение кинематически связанного ТК ведет к большим затратам энергии на сжатие воздуха на частичных нагрузках. Удовлетворительная экономичность на частичных нагрузках может быть получена при применении двух агрегатов: свободного турбокомпрессора и турбины, отдающей энергию на коленчатый вал двигателя; это решение поведет к существенному усложнению конструкции и может быть оправдано только для двигателей, работающих значительное время на нагрузках, близких, к номинальной. [3]

Основное значение данного метода состоит в повышении коэффициента наполнения двигателя путем своеобразного наддува, создаваемого вводимым в цилиндры сжатым газом. Для двухтактных двигателей может быть применен способ, при котором происходят наполнение и продувка двигателя воздухом, а ввод газообразного топлива в цилиндры двигателя осуществляется под давлением 3 — 8 ата во время первой половины хода сжатия, при помощи специального золотникового механизма. [4]

Повышение температуры засасываемого воздуха влечет за собой в результате уменьшения коэффициента наполнения двигателя и коэффициента количества топлива в газовоздушной смеси падение мощности двигателя и увеличение удельного расхода топлива. [5]

Такое же расположение трубопроводов применяется чаще всего и в дизелях, что позволяет уменьшить подогрев впускного трубопровода и тем самым повысить коэффициент наполнения двигателя. [8]

Коэффициент наполнения является конструктивным параметром двигателя и характеризует совершенство его впускных органов. Чем выше коэффициент наполнения двигателя, тем большую мощность он может развить. Средние значения т ] для современных двигателей находятся в пределах 0 75 — 0 85 при максимальных числах оборотов и 0 85 — 0 90 для оборотов, соответствующих максимальному крутящему моменту двигателя. [9]

Особенностью системы питания двигателя водородом является то, что водород в двигатель подавался при температур — 130 С. Это обеспечивало существенное увеличение коэффициента наполнения двигателя и заметное снижение эмиссии окислов азота. Для поддержания заданного температурного уровня газообразный водород из криогенного бака подавался к двигателю по трубопроводу с вакуумной термоизоляцией — Приборы системы питания, расположенные на двигателе, также имели высокоэффективную термоизоляцию. [10]

В отличие от жидких топлив, требующих во избежание конденсации части жидкости во впускной системе двигателя очень высоких скоростей потока рабочей смеси, газовоздушные смеси не конденсируются, что дает возможность работать на меньших скоростях газовоздушного потока. Это уменьшает гидравлические потери в системе впуска, повышает коэффициент наполнения двигателя и, следовательно, его мощностные показатели. [11]

В зависимости от направления движения воздуха и рабочей смеси в диффузоре различают карбюраторы с восходящим, падающим или горизонтальным потоком. Карбюратор с горизонтальным потоком имеет минимальное гидравлическое сопротивление, благодаря чему улучшается коэффициент наполнения двигателя. В карбюраторах с падающим потоком для распила топлива требуется меньшая скорость воздуха, так как направление движения горючей смеси совпадает с направлением силы тяжести. В силу этого также достигается высокий коэффициент наполнения. [12]

Колесо газовой турбины и крыльчатка нагнетателя 7 установлены на одном общем валу. Сжатый нагнетателем воздух при впуске по трубопроводу 3 поступает в цилиндр, что обеспечивает значительное повышение коэффициента наполнения двигателя. [13]

В системе с использованием энергии потока постоянного давления один трубопровод объединяет выхлоп из многих цилиндров и выхлопы из отдельных цилиндров накладываются один на другой, однако, полного выравнивания давления, как правило, не происходит и пики давления в начальный период выхлопа доминируют над колебаниями давления, вызванными волновыми явлениями. Имеющие место подъемы давления в данном случае совпадают с периодами перекрытия фаз выхлопа и наполнения и могут существенно снизить коэффициент наполнения двигателя. [14]

Страницы: 1 2

Процессы наполнения и выпуска

Схема процесса газообмена. В течение процессов выпуска и наполнения происходит смена заряда в цилиндре: отработавшие газы удаляются, свежий воздух заполняет цилиндр. Совокупность этих процессов принято условно называть процессом газообмена.

Для более глубокого понимания протекания процесса газообмена рассмотрим диаграмму Vp, построенную в крупном масштабе по оси ординат. Точки конца сжатия с и конца расширения располагаются при таком масштабе за пределами чертежа, в связи с чем на рис. 1 верхняя часть участка линии сжатия ограничена условно символом с, линии выпуска — символом.

Линия свободного выпуска переходит в линию принужденного выпуска, совершающегося при давлении, плавно. Когда к концу выпуска поршень придет в в. м. т., над ним будут находиться так называемые остаточные газы, представляющие собой часть отработавшего газа, оставшуюся в объеме Vc Остаточные газы имеют давление рт выше, чем давление окружающей среды (атмосферы). Поэтому с началом движения поршня вниз они начнут расширяться до тех пор, пока давление в цилиндре не станет равно давлению впуска. После точки давление процесса впуска на участке можно считать постоянным. В точке а начнется линия сжатия ас: поршень движется вверх, сжимая свежий заряд.

Действительная диаграмма процесса газообмена несколько отличается от изображенной на рис. 1, так как давления выпуска рг и впуска ра не остаются постоянными. Однако в целях упрощения этим непостоянством давлений можно пренебречь. Коэффициент наполнения. Всасывание воздуха из атмосферы не может начаться сразу с началом движения поршня от в. м. т. вниз, так как давление рг остаточных газов выше, чем давление. Воздух начнет поступать в цилиндр лишь тогда, когда давление расширяющихся остаточных газов сравняется с атмосферным.

Когда поршень придет в н. м. т., всасывание воздуха из атмосферы не прекратится: даже в начале движения поршня вверх давление ра в цилиндре ниже атмосферного, а впускной клапан закрывается с запаздыванием. Заполнение цилиндра свежим зарядом (воздухом) закончится в тот момент, когда давление сжимаемого воздуха сравняется с атмосферным.

У двигателей с наддувом начало и конец поступления свежего заряда в цилиндр соответствуют моментам, когда давление в цилиндре будет равно давлению наддувочного воздуха рп.

Следовательно, в процессе всасывания в цилиндр поступил объем V0 свежего заряда, взятый при давлении окружающей среды или при давлении наддува, тогда как теоретически возможно заполнение цилиндра зарядом с объемом, равным рабочему объему цилиндра.

Величина коэффициента наполнения определяет количество свежего заряда, поступившего в цилиндр, а значит, и количество топлива, которое может сгореть за цикл. Отсюда следует, что в конечном счете от коэффициента наполнения зависит мощность двигателя. Даже у тихоходных дизелей равен 0,80 — 0,90, т. е. из-за неполноты заполнения цилиндра теряется 10 — 20% теоретически возможной мощности, а у быстроходных этот коэффициент еще ниже.

Следовательно, чем больше сопротивление выпуску и впуску, тем меньше коэффициент наполнения двигателя. Этот вывод чрезвычайно важен, так как величины сопротивлений выпуску и впуску во многом зависят от обслуживающего персонала: от состояния и регулировки привода открытия клапанов, от чистоты впускного и выпускного трактов и т. п. Подробнее об этом сказано ниже.

Рис. 1. Диаграмма процесса газообмена четырехтактного двигателя без наддува

Возвращаясь к рис. 1, следует отметить, что при равном изменении сопротивлений выпуску и впуску точка п смещается дальше, чем точка т. Это значит, что сопротивление впуску сказывается на коэффициенте наполнения в большей степени, чем сопротивление выпуску. Учитывая такую зависимость, диаметр впускного клапана иногда делают больше, чем выпускного (в том случае, когда нет возможности увеличить диаметры обоих клапанов).

Количество свежего заряда. Коэффициент наполнения характеризует относительную полноту заполнения цилиндра, так как действительное количество свежего заряда сравнивается с его количеством, которое могло бы поместиться в рабочем объеме цилиндра при данных давлении и температуре атмосферного воздуха. Однако параметры атмосферы непостоянны: сы обода на квадрат диаметра окружности вращения центра тяжести сечения обода2. Если сечение обода имеет сложную форму или если определяется маховой момент таких вращающихся масс, как ротор генератора или гребной винт, то их разбивают на отдельные элементарные части и подсчитывают сумму элементарных маховых моментов.

Момент инерции (или маховой момент) зависит от массы маховика в первой степени и от диаметра — во второй. Это значит, что целесообразно делать маховик с большим диаметром, что позволит уменьшить его массу. Однако при чрезмерно большом диаметре маховика появляется опасность разрыва обода центробежной силой. Поэтому существуют ограничительные значения окружной скорости маховика (считая по его наибольшему диаметру): не более 70 м/с для чугунных и 100 м/с для литых стальных.

Как сила N, так и плечо во время работы двигателя изменяются, следовательно, опрокидывающий момент есть величина переменная. Существуют двигатели, у которых коленчатый вал закреплен, а корпус вращается. В этом случае все закономерности движения поршня, действия сил сохранятся, значит, останется той же и диаграмма вращающего момента. Однако такой двигатель будет вращаться под действием опрокидывающего момента. Отсюда следует, что при любом угле поворота кривошипа опрокидывающий момент равен вращающему, но имеет обратный знак.

К такому же выводу можно прийти и из понимания опрокидывающего момента как момента реакций. Когда двигатель вращает испытывающий сопротивления вал, на остов двигателя действует момент сил реакции. Последние равны и противоположны по направлению действующим силам.

Понятие коэффициента наполнения дизеля судового двигателя

Понятие коэффициента наполнения

В процессе газообменаРасчет процесса газообмена, независимо от тактности дизеля, поступающий в цилиндр свежий заряд не заполняет всего объема цилиндра. Часть продуктов сгорания от предыдущего цикла неизбежно остается в цилиндре. Чем больше остается газов, тем меньше по весу заряд воздуха в цилиндре, следовательно, меньшее количество топлива может быть сожжено. Мощность цилиндра уменьшается.

В качестве критерия совершенства очистки цилиндра используется понятие “коэффициент остаточных газов” γг, равный отношению количества молей остаточных газов Мг к количеству молей свежего заряда L, поступившего в цилиндр:

γr = Mr/L

Кроме остаточных газов, на количество свежего заряда в цилиндре влияют и другие факторы: сопротивление впускной системы ΔPa, нагрев свежего заряда от стенок цилиндра и от остаточных газов. При повышении сопротивления впускной системы конечное давление в цилиндре Pa уменьшается, что приводит к снижению удельного веса заряда и уменьшению его количества. К таким же результатам приводит и повышенный нагрев заряда, поскольку при нагреве также снижается удельный вес. Совокупность всех указанных факторов учитывается в расчетах теоретических циклов коэффициентом наполнения η_н.

Коэффициент наполнения равен отношению весового количества воздуха G₀, находящегося в цилиндре в конце процесса наполнения, к тому количеству воздуха G_s, которое могло бы поместиться в рабочем объеме цилиндра V_s при параметрах воздуха перед впускными органами:

ηн = G0/Gs

Если обозначить:

Vo — действительный объем воздуха, поступившего в цилиндр при параметрах перед впускными органами;
Ls — количество молей воздуха, которое могло бы поместиться в рабочем объеме Vs при параметрах перед впускными органами, то можно написать:

ηн=G0Gs=V0Vs=LLs

Выведем зависимость для определения коэффициента наполнения. Обозначим: Ma — количество молей свежего заряда и остаточных газов, действительно находящееся в цилиндре в момент начала сжатия (точка а цикла). Тогда:

Ma = L+Mг = L1+γг

На основании уравнения состояния можно написать:

PV = (G/μ) μRT

Так как:

Ga/μa = Ma

G0/μ0 = L

Pa Va = Ma μR Ta

P0 V0 = LμR T0

Откуда можно найти:

Ma = Pa Va/μR Ta

L = P0 V0/μR T0

На основании уравнения (Формула 3) запишем:

Pa Va/V μR Ta = P0 V0/μR T01+γг

Или:

Pa Va/Ta = P0 V0/T01+γг

Так как:

Vs = Va–Vc = Vcε–1

V0 =ηн Vs = ηн Vc ε–1

то, подставив эти величины в последнее уравнение и выделив ηн, получим:

ηн=εε–1×PaTsP0Ta×11+γr

Уравнение 5 справедливо для 4-тактного двигателя без наддува, у которого параметры воздуха перед впускными органами есть параметры окружающей среды. Для двигателей с наддувом уравнение принимает вид:

ηн=εε–1×PaTsPsTa×11+γr

где:

Ps, Ts — давление и температура воздуха перед впускными органами — в продувочном ресивере.

Для 2-тактных дизелей коэффициент наполнения, отнесенный ко всему ходу поршня, выразится уравнением:

ηн=εε–1×PaTsPsTa×11+γr+(1–Ψs)

где:

ε = Va/Vs — действительная степень сжатия;
Ψs = h/S = Vh/Vs — доля потерянного хода поршня;
h — потерянный ход поршня; это часть хода поршня от НМТ до момента начала сжатия в цилиндре (начало сжатия определяется моментом закрытия продувочных и выпускных органов системы газообмена).

Член (1-Ψs) учитывает, насколько уменьшается коэффициент наполнения из-за потерянного хода. Если бы в потерянном объеме Vh размещался свежий заряд при тех же условиях, что и в объеме Va, то (1-Ψs) = 1.

Уравнение 7 является наиболее общим, может быть применено как для 2-тактных, так и 4-тактных ДВС. В последнем случае обычно полагают Ψs = 0.

Смотрите также:

б) Влияние конструктивных и эксплуатационных факторов на процесс наполнения

в) Расчет процесса наполнения

Сноски

Sea-Man

Февраль, 22, 2015 3404 0

Emetor — Глоссарий — Коэффициент заполнения щели

Предупреждение! Emetor лучше всего работает с включенным JavaScript. Пожалуйста, включите JavaScript в настройках вашего браузера, затем попробуйте еще раз.
Отношение между площадью поперечного сечения всех проводников в одном слоте и всей площадью сечения.
Коэффициент заполнения прорези равен отношению площади проводника к общей площади прорези, см. Рисунок 1. Например, коэффициент заполнения прорези равен 0.5 будет означать, что половина (50%) площади щели занята проводниками (т.е. чистой медью или алюминием). Другая половина площади прорези занята изоляцией проводника, изоляцией прорези и неизбежными зазорами между проводниками и между проводниками и сторонами прорези.
Рис. 1 Иллюстрация коэффициента заполнения прорези.
Коэффициент заполнения прорези зависит от толщины изоляции вокруг проводников и прорези, а также от формы проводника. Обычно это значение между 0.4 и 0,6. Более высокие коэффициенты заполнения пазов могут быть достигнуты с прямоугольными проводниками вместо круглых. Достижение высокого коэффициента заполнения паза также требует подходящего намоточного оборудования и особого внимания во время производства.
Часто разработчики электрических машин стремятся к максимальному коэффициенту заполнения пазов, чтобы повысить энергоэффективность. Если коэффициент заполнения прорези можно увеличить, можно соответственно увеличить площадь проводника (и, таким образом, уменьшить фазовое сопротивление и потери в проводнике) или соответственно уменьшить площадь прорези (и, таким образом, уменьшить плотность потока вокруг прорезей и, возможно, убытки).
Насколько велик максимально возможный коэффициент заполнения прорези при использовании круглых проводников?
Сколько меди вы можете втиснуть в пазы вашей электрической машины в зависимости от диаметра проводника и класса изоляции?
На рис. 2 показан максимально возможный коэффициент заполнения прорези при условии, что проводники размещены в идеальном порядке, что прорезь бесконечно велика и отсутствует изоляция прорези. В действительности ни одно из этих трех предположений не может быть реализовано на практике, а это означает, что вы должны предполагать более низкие коэффициенты заполнения слота, чем те, которые представлены на рисунке 2.Данные для рисунка 2 основаны на медном проводе круглого сечения из Дарентрада (DAMID, DAMID PE и DASOL) и соответствуют стандартам IEC 60317-0-1.
Рис. 2 Максимальный коэффициент заполнения паза в зависимости от класса изоляции и номинального диаметра проводника в соответствии с IEC 60317-0-1.
Вы должны знать, что будет сложно расположить проводники очень малого диаметра в таком идеальном порядке, чтобы достичь коэффициентов заполнения щелей, указанных на рисунке 2. Это следует учитывать всякий раз, когда вы планируете разделить проводники на несколько меньших провода, соединенные параллельно, чтобы уменьшить вихревые токи, вызванные скин-эффектом.Также, если вы планируете переставлять или скручивать провода в слоте по той же причине, максимально достижимый коэффициент заполнения разъема будет уменьшен.
Напротив, если у вас есть проводники очень большого диаметра, коэффициент заполнения щели может быть значительно уменьшен из-за этих неизбежных зазоров между проводниками и сторонами щели. По этой причине коэффициент заполнения прорези для проводников большого диаметра на рисунке 2 принимает несколько произвольные значения. Кроме того, класс изоляции (изоляция проводника) имеет гораздо меньшее влияние на коэффициент заполнения щели для проводов большого диаметра.Если вы хотите еще больше увеличить коэффициент заполнения прорези, чем это возможно для круглых проводников, вы можете рассмотреть прямоугольные проводники, которые позволят вам значительно уменьшить зазоры между проводниками, а также между проводниками и сторонами прорези.
Прочтите о другом термине из глоссария
Базовое руководство по проектированию электродвигателей
Инженеры-проектировщики должны учитывать каждый компонент, который будет занимать ограниченное пространство паза статора. Это означает измерение площади поперечного сечения каждого элемента, умножение этой площади на количество раз, которое элемент помещается в слот (например, количество витков медной катушки), добавление общей площади всех элементов и деление полученного результата. по доступной площади в слоте.
Формулу можно выразить следующим образом:
Общее заполнение прорези включает площадь поперечного сечения всех материалов, входящих в прорезь: проволока, вкладыши, клинья и т. Д. Для расчета общего заполнения прорези инженер начнет с определение общей площади пустого слота. CAD-модель ламинации или геометрии прорези иногда может обеспечить это измерение.
Чтобы определить максимальный уровень заполнения слота, инженер должен решить, где закрыть отверстие слота.Часто это точка, в которой ножка зуба начинает выходить из самого зуба. Площадь фактического открытия слота обычно не включается; здесь клин будет перекрывать отверстие. Клин удерживается на месте основанием зуба, чтобы проволока удерживалась в прорези.
Площадь поперечного сечения незащищенного паза:
Как только площадь неизолированного паза известна, инженер определяет площадь всех изоляционных материалов, добавляя площадь поперечного сечения каждого куска материала.Для изоляторов, таких как ламинат Nomex или Nomex Kapton, это можно рассчитать, исходя из длины и номинальной толщины материала. Для порошковой изоляции можно использовать толщину, указанную производителем. Это может варьироваться в зависимости от геометрии ламелей, материала покрытия и размера детали.
Поскольку точные размеры трудно измерить, производители склонны делать консервативные оценки. Например, при оценке размера разделителя фаз при изготовлении двигателей по индивидуальному заказу инженеры хотят убедиться, что разделитель фаз полностью разделяет две фазы, которые разделяют один и тот же слот, но размещение границы между катушками будет зависеть от прокладки провода.Если размер материала слишком велик для обеспечения полного покрытия, он также занимает большую площадь прорези.
Площадь поперечного сечения всех изоляционных материалов:
Последнее, что нужно измерить, — это площадь магнитного провода. Это включает в себя толщину изоляции провода, что означает, что общая площадь магнитного провода будет больше, чем площадь медного провода. Также при расчетах необходимо будет учесть зазоры, оставленные между витками круглой проволоки.
Начиная с площади одного провода с изоляцией, которую можно найти в каталоге или справочнике магнитных проводов, инженер умножит площадь этого провода на количество параллельных проводов и количество витков катушки, чтобы получить общее площадь катушки.Предполагая, что площадь катушки круглая (что маловероятно из-за неоднородности слоев), инженер может возвести диаметр в квадрат для более консервативной оценки площади катушки. Если возможно, эта расчетная площадь катушки затем умножается на количество катушек на слот.
Общая площадь магнитопровода:
Рассчитайте площадь одного провода, включая изоляцию
Умножьте площадь провода на количество параллельных проводов и количество витков на катушку, чтобы получить общую площадь катушки
Преобразуйте общую площадь катушки в диаметр
Возведите в квадрат диаметр, чтобы получить расчетную площадь катушки
Умножьте расчетную площадь катушки на общее количество катушек на слот
Площадь магнитопровода:
( PDF) Расчет коэффициента заполнения пазов и электромагнитные характеристики однофазных двигателей с переключением потока с электрическим возбуждением
[11] E.Сулейман, Т. Косака и Н. Мацуи, «Конструкция с высокой плотностью мощности
6-контактной 8-полюсной гибридной машины переключения потока возбуждения
для гибридных электромобилей
», IEEE Trans. Магнетизм, т. 47,
нет. 10, pp. 4453-4456, 2011.
[12] Э. Сулейман, MFM Teridi, ZA Husin, MZ
Ahmad, T. Kosaka, «Сравнение характеристик
полевого возбуждения 24S-10P и 24S-14P. flux
коммутационная машина с одинарной полярностью катушки постоянного тока »,
7-я Международная конференция по энергетике и
конференция по оптимизации (PEOCO), IEEE, стр.46-
51, 2013.
[13] MF Omar, E. Sulaiman, M. Jenal, R. Kumar,
и RN Firdaus, «Анализ магнитного потока нового двигателя с переключением потока возбуждения
с использованием
сегментный ротор », IEEE Trans. Магнетизм, т. 53,
нет. 11, стр. 1–4, 2017.
[14] Ю. Дж. Чжоу и З. К. Чжу, «Сравнение недорогих однофазных машин
с коммутируемым магнитным потоком»,
IEEE Trans. Ind. Appl., т. 50, нет. 5, pp. 3335-
3345, 2014.
[15] С. Исхак, Ф. Хан, Н. Ахмад, К. Аяз и В.
Уллах, «Аналитическое моделирование недорогой одиночной фазы
. машина для коммутации потока возбуждения », 1-я Международная конференция
по энергии, энергии и интеллектуальным сетям
(ICPESG), IEEE, стр. 1-6, 2018.
[16] Дж. Юань, Д. Мэн, Г. Лиан, Дж. Чжан, Х. Ли и Ф.
Бан, «Оптимизация пазового типа статора электрического двигателя с переключением потока возбуждения
и его максимальное управление крутящим моментом / потерями в меди
», IEEE Trans.Прил.
Supercond., Т. 29, нет. 2, стр. 1-5, 2019.
[17] Дж. Чжао, В. Хуа и Дж. Ци, «Сравнительное исследование
машин с коммутацией магнитного поля и коммутируемых
реактивных машин», IEEE Пер. Ind. Appl., Vol.
55, нет. 3, pp. 2581-2591, 2019.
[18] HJ Park и MS Lim, «Конструкция синхронного двигателя с высокой удельной мощностью
и высокоэффективным синхронным двигателем
для тяги электромобилей»,
IEEE Access, т.7, pp. 46677-46685, 2019.
[19] П. Херрманн, П. Стензель, У. Фогеле и К.
Эндиш, «Алгоритмы оптимизации для максимизации
коэффициента заполнения технически возможного слота
.
геометрии и схемы обмотки », 6-я Международная конференция по производству электроприводов
(EDPC),
IEEE, стр. 149-155, 2016.
[20] Т. Комацу и А. Дайкоку,« Лифтовая тяга —
двигатели машин », Motor Technologies for Industry
и Daily Life Edition, 2003.
[21] AOD Tommaso, F. Genduso, R. Miceli, и
C. Nevoloso, «Быстрая процедура расчета
максимальных коэффициентов заполнения щелей в электрических машинах
», 12-я Международная конференция по
Ecological Транспортные средства и возобновляемые источники энергии
(EVER), IEEE, стр. 1-8, 2017.
[22] Ф. Хан, Э. Сулейман и М.З. Ахмад, «Новая машина переключения потока поля
с выступом
полюса ротора и неперекрывающиеся обмотки », Турецкий
Journal of Electrical Engineering & Computer
Sciences, vol.25, pp. 950-964, 2017.
Бахтияр Хан получил степень бакалавра наук.
и M.Sc. степень в области электротехники
Инженерия из Университета
Engineering & Technology,
Пешавар Пакистан и COMSATS
University Islamabad (CUI),
Abbottabad Campus, Пакистан в
2007 и 2018 соответственно Ему
, в настоящее время он учится в докторантуре. Электротехника в CUI
Abbottabad. Его научные интересы включают проектирование и анализ
электрических машин.
Фейсал Хан получил докторскую степень.
степень в области электротехники
от Universiti Tun Hussien Onn
Малайзия в 2016 году. В настоящее время ему
, он работает доцентом в
CUI, кампус Абботтабад.
Васик Уллах получил степень бакалавра наук. степень
в области электротехники от CUI,
Abbottabad Campus, Pakisan в
2018 и в настоящее время зачислен в
M.S. Электротехника в CUI,
кампус Абботтабад, Пакистан. Он
является научным сотрудником группы проектирования электрических машин
.
Мухаммад Умайр получил свой
до н.э. степень в области электротехники
от CUI, Abbottabad Campus,
Pakisan в 2018 году и в настоящее время
зачислен в M.S. Электрооборудование
Инженерное дело в CUI, Abbottabad
Campus, Пакистан. Он работает
младшим научным сотрудником в отделе электротехники и вычислительной техники
CUI, кампус Абботтабад, Пакистан.Он также является исследователем
, членом группы проектирования электрических машин.
Шахид Хуссейн завершил курс обучения
до н.э. Диплом по электротехнике
в июле 2019 года от CUI, Abbottabad
Campus. Он является научным сотрудником группы проектирования электрических машин
.
ACES JOURNAL, Vol. 35, No. 8, август 2020 г.
928
Основы двигателя
Основы двигателя
Ханну Яэскеляйнен, Магди К. Хаир
Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием.Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите в систему , чтобы просмотреть полную версию этого документа.
Аннотация : Поршневые двигатели внутреннего сгорания — подкласс тепловых двигателей — могут работать в четырех- и двухтактных циклах. В каждом случае двигатель может быть оборудован системой сгорания с искровым зажиганием (SI) или с воспламенением от сжатия (CI). Возможен ряд других классификаций двигателей на основе мобильности двигателя, применения, топлива, конфигурации и других параметров конструкции.Теоретически процесс сгорания можно смоделировать, применяя законы сохранения массы и энергии к процессам в цилиндре двигателя. Основные конструктивные и рабочие параметры двигателей внутреннего сгорания включают степень сжатия, рабочий объем, зазор, выходную мощность, указанную мощность, термический КПД, указанное среднее эффективное давление, среднее эффективное давление при торможении, удельный расход топлива и многое другое.
Тепловые двигатели
Определение и классификация
Тепловые двигатели — это машины преобразования энергии — они преобразуют химическую энергию топлива в работу, сжигая топливо в воздухе для производства тепла.Это тепло используется для повышения температуры и давления рабочего тела, которое затем используется для выполнения полезной работы. Тепловые двигатели можно классифицировать как:
Двигатели внутреннего сгорания, или
Двигатели внешнего сгорания.
Их также можно разделить на возвратно-поступательные и вращательные. В поршневых двигателях рабочая жидкость используется для линейного перемещения поршня. Затем поступательное движение обычно преобразуется во вращательное с помощью кривошипно-скользящего механизма (шатун / коленчатый вал).В роторном двигателе рабочая жидкость вращает ротор, соединенный с выходным валом.
Двигатели внутреннего сгорания
В двигателях внутреннего сгорания (ДВС) рабочее тело состоит из воздуха, топливовоздушной смеси или продуктов сгорания самой топливно-воздушной смеси. Поршневые двигатели с возвратно-поступательным движением являются, пожалуй, наиболее распространенной формой известных двигателей внутреннего сгорания. Они приводят в действие автомобили, грузовики, поезда и большинство морских судов. Они также используются во многих небольших служебных приложениях.Они могут работать на жидком топливе, таком как бензин и дизельное топливо, или на газообразном топливе, таком как природный газ и сжиженный нефтяной газ. Двумя общими подкатегориями поршневых двигателей с возвратно-поступательным движением являются двухтактный и четырехтактный . Примеры роторных двигателей внутреннего сгорания включают роторный двигатель Ванкеля и газовую турбину.
Общие цели при проектировании и разработке всех тепловых двигателей включают: максимизацию работы (выходную мощность), минимизацию потребления энергии и уменьшение загрязняющих веществ, которые могут образовываться в процессе преобразования химической энергии в работу.На рисунке 1 показаны основные узлы поршневых двигателей внутреннего сгорания. Конструкция магистрального двигателя является наиболее распространенной, хотя термин «магистральный двигатель» редко используется за пределами отрасли крупных двигателей. Конструкция крейцкопфа в настоящее время используется только в больших тихоходных двухтактных двигателях. Впускные и выпускные клапаны опущены для простоты, однако стоит отметить, что в некоторых конструкциях двухтактных двигателей используются впускные и выпускные отверстия, а не клапаны.
Рисунок 1 . Основные узлы поршневых (а) и крейцкопфных (б) двигателей
Как двух-, так и четырехтактный поршневой двигатель внутреннего сгорания может быть оборудован системой сгорания с искровым зажиганием (SI) или с воспламенением от сжатия (CI).
Обычно системы с искровым зажиганием характеризуются предварительно смешанным зарядом (т.е. топливо и воздух смешиваются перед зажиганием) и внешним источником зажигания, таким как свеча зажигания. Предварительное смешивание может происходить во впускном коллекторе или в цилиндре. Хотя предварительно смешанный заряд имеет относительно однородное пространственное распределение воздуха и топлива в большинстве случаев, это распределение также может быть неоднородным. Возгорание инициируется искрой, и пламя распространяется наружу вдоль фронта от места искры.Сгорание в двигателях SI считается кинетическим, потому что вся смесь воспламеняется, а скорость сгорания определяется тем, насколько быстро химическая реакция может потреблять эту смесь, начиная с источника воспламенения.
Обычные дизельные двигатели характеризуются впрыском топлива непосредственно в цилиндр примерно в то время, когда требуется зажигание. В результате заправка воздуха и топлива в этих двигателях очень неоднородна: одни регионы являются чрезмерно богатыми, а другие — обедненными.Между этими крайностями смесь топлива и воздуха будет существовать в различных пропорциях. При впрыске топливо испаряется в этой высокотемпературной среде и смешивается с горячим окружающим воздухом в камере сгорания. Температура испарившегося топлива достигает температуры самовоспламенения и самовоспламеняется, чтобы начать процесс сгорания. Температура самовоспламенения топлива зависит от его химического состава. В отличие от системы SI, сгорание в двигателях с воспламенением от сжатия может происходить во многих точках, где соотношение воздух-топливо и температура могут поддерживать этот процесс.Говорят, что основная часть процесса сгорания в двигателях с ХИ регулируется смешиванием, потому что скорость регулируется образованием воспламеняющихся смесей воздуха и топлива в камере сгорания.
В некоторых случаях различие между модулями SI и CI может быть нечетким. Из-за необходимости сокращения выбросов и расхода топлива были разработаны системы сгорания, которые могут использовать некоторые особенности двигателей SI и CI; например, самовозгорание предварительно смешанных смесей бензина, дизельного топлива или их смеси.
Газовые турбины, рис. 2, являются еще одним примером двигателей внутреннего сгорания. Однако, в отличие от поршневых двигателей с возвратно-поступательным движением, сгорание происходит отдельно в специальной камере сгорания.
Рисунок 2 . Микрогазовая турбина для расширителей диапазона в транспортных средствах средней и большой грузоподъемности
(Источник: Wrightspeed Inc.)
Двигатели внешнего сгорания
В двигателях внешнего сгорания рабочее тело полностью отделено от топливовоздушной смеси.Тепло от продуктов сгорания передается рабочему телу через стенки теплообменника. Паровая машина — хорошо известный пример двигателя внешнего сгорания.
Примером поршневого двигателя внешнего сгорания является двигатель Стирлинга, в котором тепло добавляется к рабочему телу при высокой температуре и отводится при низкой температуре. Тепло, добавляемое к рабочему телу, может быть получено практически от любого источника тепла, такого как сжигание ископаемого топлива, дерева или любого другого органического материала.
Цикл Ренкина, на котором основаны многие конструкции паровых двигателей, является еще одним примером двигателя внешнего сгорания. Тепло, поступающее от внешнего источника, повышает температуру жидкости, такой как вода, до тех пор, пока она не превратится в пар, который используется для перемещения поршня или вращения турбины. Паровые двигатели приводили в движение автомобили в США с 1900 по 1916 год; однако к 1924 году они почти исчезли. Паровые грузовики были популярны в Англии до середины 1930-х годов. В то время как паровые локомотивы во многих странах постепенно заменялись тепловозами на протяжении большей части 20 ^-го-го века, некоторые из них оставались в эксплуатации до 21 ^-го века.Причины отказа от парового двигателя в качестве основного двигателя в мобильных приложениях заключались в размере и количестве основных компонентов, необходимых для их работы, таких как печь, котел, турбина, клапаны, а также их сложных органов управления [422] . Паровая турбина, которая до сих пор работает на многих стационарных электростанциях, является примером роторного двигателя внешнего сгорания.
В 21, ^и веке, внимание к повышению эффективности двигателей вызвало новый интерес к циклу Ренкина для мобильных приложений — в форме рекуперации отработанного тепла (WHR).В то время как в некоторых из этих устройств используется пар, в других используются органические жидкости, которые лучше подходят для применений с относительно низкой температурой выхлопных газов автомобилей. Из-за комбинации цикла Ренкина и органической рабочей жидкости эти системы часто называют системами рекуперации отходящего тепла с органическим циклом Ренкина (ORC).
###
Трансмиссия: Чистая производительность
Это делает его уникальным в своем сегменте. Топовая версия Taycan Turbo S может генерировать до 560 кВт (761 л.с.; Taycan Turbo S: комбинированное потребление электроэнергии 28.5 кВтч / 100 км; CO ₂ выбросов в сочетании 0 г / км (по состоянию на 08/2020)) сверхвысокой мощности в сочетании с Launch Control и Taycan Turbo до 500 кВт (680 л.с.; Taycan Turbo: потребление электроэнергии в сочетании 28,0 кВтч / 100 км; CO ₂ выбросов в смешанном цикле 0 г / км (по состоянию на 08/2020)). Taycan Turbo S разгоняется от 0 до 100 км / ч за 2,8 секунды, а Taycan Turbo — за 3,2 секунды (Taycan Turbo: потребление электроэнергии в сочетании 28,0 кВтч / 100 км; выбросы CO ₂ в сумме 0 г / км, Taycan Turbo S : Комбинированное потребление электроэнергии 28.5 кВтч / 100 км; CO ₂ выбросов в смешанном цикле 0 г / км (все по состоянию на 08/2020)). Топовая модель достигает отметки 200 км / ч за 9,8 секунды, а Turbo — за 10,6 секунды. Запас хода Turbo S составляет до 412 километров, а у Turbo — до 450 километров (согласно WLTP). Максимальная скорость обеих полноприводных моделей — 260 км / ч.
Taycan запускается при включении режима движения при нажатой педали тормоза. В качестве альтернативы это также можно сделать, нажав кнопку. Как и в случае с замком зажигания на обычных моделях Porsche, кнопка включения расположена слева за рулевым колесом.
Электродвигатели: двигатели синхронные со шпильчатой обмоткой
Taycan Turbo S и Taycan Turbo имеют два исключительно эффективных электродвигателя, один на передней оси и один на задней оси, что делает автомобили полноприводными. И диапазон, и постоянная мощность привода выигрывают от высокого КПД синхронных двигателей с постоянным возбуждением. Электромашина, трансмиссия и инвертор с импульсным управлением объединены в компактный приводной модуль.Модуль задней оси устанавливается параллельно оси. Инвертор с импульсным управлением монтируется на нем в «балконном решении» для увеличения объема багажного отделения. Благодаря коаксиальной конструкции модуль переднего моста интегрируется в переднюю часть автомобиля и занимает очень мало места.
Синхронные двигатели с постоянным возбуждением имеют ротор с высококачественными постоянными магнитами, которые создают естественное магнитное поле. Таким образом, ротор движется синхронно с магнитным вращающимся полем статора, поэтому он известен как синхронный двигатель с постоянным возбуждением.Инвертор с импульсным управлением задает частоту вращающегося поля в статоре, тем самым определяя скорость ротора. Благодаря своей конструкции, функциональности и отличным тепловым характеристикам синхронные двигатели с постоянным возбуждением способны обеспечивать высокие характеристики, типичные для Porsche.
Особенностью электродвигателей Taycan является шпилька обмотки. в котором соленоидные катушки статора состоят из прямоугольных, а не круглых проводов.Провода изогнуты, а их форма — до того, как они будут вставлены в многослойный сердечник статора — напоминает шпильки, отсюда и название «шпилька». Открытые концы свариваются с помощью лазерного луча. Технологический процесс изготовления шпилек сложен, но он позволяет упаковывать провода более плотно и, таким образом, увеличивает количество меди в статоре. Хотя в обычных процессах намотки коэффициент заполнения медью составляет около 45 процентов, в данном случае он составляет чуть менее 70 процентов.Это увеличивает выходную мощность и крутящий момент при том же объеме. Еще одним важным преимуществом такого высокопроизводительного автомобиля, как Taycan, является то, что статор шпильки может охлаждаться значительно более эффективно.
Синхронный двигатель с жидкостным охлаждением на передней оси имеет активную длину 160 миллиметров и активный диаметр 190 миллиметров. Его аналог на задней оси имеет длину 210 миллиметров и диаметр 245 миллиметров. В целом, модули имеют самую высокую удельную мощность (кВт на литр упаковочного пространства) среди всех электрических силовых агрегатов, представленных сегодня на рынке.
Инверторы с импульсным управлением управляют двигателями
Инвертор с импульсным управлением — самый важный компонент для управления электродвигателями. В Taycan Turbo и Turbo S инвертор с импульсным управлением установлен на каждом приводном модуле на передней и задней осях. Инверторы с импульсным управлением преобразуют постоянный ток, подаваемый Performance Battery Plus, в переменный ток, необходимый для привода электродвигателей. Во время торможения происходит обратное: здесь они преобразуют переменный ток, полученный во время рекуперации, в постоянный ток для зарядки аккумулятора.В Taycan Turbo S на передней оси используется импульсный инвертор с максимальным током 600 ампер, который может генерировать даже больше мощности и крутящего момента, чем 300-амперный импульсный инвертор Taycan Turbo. Оба инвертора с импульсным управлением работают с исключительно высоким КПД — почти 98%.
Трансмиссия: двухступенчатая коробка передач, уникальная для Porsche
На передней оси мощность электродвигателя передается на передние колеса через соосную компактную односкоростную планетарную передачу с общим передаточным числом прибл.8: 1 к интегрированному прямозубому облегченному дифференциалу.
Двухступенчатая коробка передач, установленная на задней оси Taycan, является инновацией, разработанной Porsche. Первая передача дает Taycan еще большее ускорение с места, а длинная вторая передача обеспечивает высокий КПД и запас мощности даже на очень высоких скоростях.
Двухступенчатая коробка передач базируется на трех валах. В дополнение к двум ступеням цилиндрической зубчатой передачи, которые технически представляют передаточное число второй передачи, также используется переключаемый планетарный ряд, который обеспечивает соответствующее понижение для очень короткой первой передачи.Примерно 15 оборотов двигателя соответствуют одному обороту колеса. Это приводит к очень высокому крутящему моменту колеса почти 12000 Нм, что обеспечивает захватывающее дух ускорение с места.
Первая передача в основном используется в режимах движения Sport или Sport Plus. В этих режимах также доступен контроль запуска. Коробка передач остается на первой передаче в течение относительно долгого времени, затем переключается на вторую передачу с повышением скорости переключения.
Вторая передача имеет передаточное число около 8: 1, как и трансмиссия на передней оси.Таким образом, восемь оборотов электродвигателя представляют один оборот колеса. Это обеспечивает максимальную скорость 260 км / ч, типичную для спортивного автомобиля, и резерв ускорения на высоких скоростях (Taycan Turbo: потребление электроэнергии в смешанном цикле 28,0 кВтч / 100 км; выбросы CO ₂ в сочетании 0 г / км, Taycan Turbo S: электричество смешанный расход 28,5 кВтч / 100 км; выбросы CO ₂ смешанный 0 г / км (все по состоянию на 08/2020)). Задний мост имеет управляемую блокировку дифференциала.
Рекуперация: восстановление высокого уровня энергии
В транспортных средствах с двигателем внутреннего сгорания кинетическая энергия тормозов преобразуется в тепло во время замедления.С помощью электромобилей можно рекуперировать большую часть этой кинетической энергии, использовать электродвигатели в качестве генераторов во время замедления и питать аккумулятор генерируемой мощностью.
В Taycan компания Porsche применяет свой собственный подход во многих отношениях в рамках этих параметров:
Максимальная потенциальная мощность рекуперации до 265 кВт значительно выше, чем у большинства конкурентов, замедления до 3,8 м / с ² с рекуперацией.
Когда педаль акселератора отпущена, Taycan всегда должен катиться или двигаться накатом как можно дальше; имеющаяся кинетическая энергия резервируется для движения по маршруту.
Рекуперация происходит только при нажатии педали тормоза, но тогда, как упоминалось выше, с очень высоким уровнем рекуперации энергии.
Благодаря стратегии управления рекуперацией в основном с помощью педали тормоза, заказчик получает воспроизводимое и предсказуемое замедление, которое не зависит от заряда аккумулятора и температуры.Испытания показали, что благодаря высокой выходной мощности рекуперации Taycan до 265 кВт примерно 90 процентов тормозных операций при повседневном использовании выполняются только электродвигателями без активации колесных тормозов. По этой причине Porsche впервые устанавливает зависящий от времени интервал замены тормозных колодок: их необходимо менять каждые шесть лет.
Режимы вождения: неограниченный выбор дальнего следования или максимальной спортивности
Профиль режимов движения в новом Taycan, по сути, следует той же философии, что и в других модельных рядах Porsche.Это дополняется специальными настройками, позволяющими оптимально использовать возможности чисто электрического привода. Доступны четыре режима движения: Range, Normal, Sport и Sport Plus. Кроме того, отдельные системы могут быть настроены по мере необходимости в «Индивидуальном» режиме. Обязательным условием для режимов Sport Plus и Individual является пакет Sport Chrono (входит в стандартную комплектацию Turbo S), в котором переключатель режимов встроен в рулевое колесо.
Диапазон
Taycan особенно эффективно работает в режиме Range.Максимальная скорость ограничена от 90 до 140 км / ч (регулируется), но ее всегда можно изменить, нажав на педаль акселератора. Вождение в этом режиме означает движение с максимально эффективным распределением всех колес. В крайнем случае Taycan будет ездить даже исключительно на передней оси. Заслонки охлаждающего воздуха, высота шасси (-20 миллиметров) и задний спойлер настроены на минимальное сопротивление. Кондиционер, гидравлические насосы, пневмоподвеска и фары также работают в наиболее эффективных конфигурациях.
нормальный
В базовой настройке Taycan обеспечивает линейную выходную мощность. Все четыре колеса приводятся в движение в экономичном режиме. Заслонки охлаждающего воздуха открываются только при необходимости, задний спойлер регулируется в зависимости от скорости, а шасси при необходимости опускается. Климат-контроль и адаптивный круиз-контроль работают без ограничений, пневматическая подвеска обеспечивает полный комфорт.
Спорт
Максимальная мощность трансмиссии доступна в режимах Sport и Sport Plus.Запросы драйверов реализуются динамически. Полный привод переходит в распределение с задним смещением и управляется динамически. Стратегия охлаждения и нагрева батареи рассчитана на производительность. Заслонки охлаждающего воздуха регулируются термически в зависимости от требуемой холодопроизводительности, а регулировка заднего спойлера зависит от скорости. Климат-контроль регулируется без ограничений, адаптивный круиз-контроль более динамичный (в том числе более мощный разгон). Функциональные возможности подсветки поворотов также стали более динамичными.Пневматическая подвеска занижает Taycan до 22 миллиметров в зависимости от скорости, а подвеска, включая рулевое управление задней осью, настроена в спортивном стиле.
Спорт Плюс
«Спорт Плюс» придает еще больше динамизма стилю водителя. В результате стратегия охлаждения и нагрева батареи была разработана для максимальной производительности. В то же время открываются заслонки охлаждающего воздуха, задний спойлер выдвигается для минимального подъема на ранней стадии, настройка шасси, включая рулевое управление задней осью и PDCC, оптимизирована для максимальной производительности на гоночной трассе, а шасси постоянно остается в нижнем положении. положение (-22 миллиметра).
Все системы трансмиссии управляются контроллером трансмиссии Porsche. Здесь собирается вся информация и управляются высокоскоростные приводы. Системы полного привода и контроля тяги работают в пять раз быстрее, чем обычные системы. Например, если у одного колеса проскальзывает больше, электродвигатели регулируют его с молниеносной скоростью, что особенно впечатляет на снегу и льду.
Ходовые качества: всегда убедительно
Электрический силовой агрегат способен быстро реагировать на ускорение.Однако Porsche также стремится к тому, чтобы это можно было делать несколько раз подряд. Таким образом, новый Taycan Turbo S способен без проблем воспроизводить впечатляющее время разгона в 2,8 секунды для спринта с 0 до 100 км / ч 10 раз подряд (Taycan Turbo S: комбинированное потребление электроэнергии 28,5 кВтч / 100 км; CO ₂ выбросов в смешанном цикле 0 г / км (по состоянию на 08/2020)). Это ускорение также впечатляет на высоких скоростях. Новый Taycan также многократно подряд доказывает свою работоспособность без какого-либо снижения производительности, например, при ускорении на выходе из поворотов на длинную прямую.
Launch Control: И полный вперед!
Launch Control обеспечивает максимальное ускорение с места и является стандартной функцией Taycan. Он использует функцию overboost, при которой электродвигатели получают большую мощность. В Taycan Turbo S на этом этапе обеспечивается выходная мощность 560 кВт (Taycan Turbo S: потребление электроэнергии в сочетании 28,5 кВтч / 100 км; выбросы CO ₂ в сочетании 0 г / км (по состоянию на 08/2020)).
Дополнительное содержание
Спортивные автомобили, дизайн которых был переработан с учетом экологических требований.Первый полностью электрический спортивный автомобиль Taycan знаменует начало новой эры для Porsche, поскольку компания систематически расширяет ассортимент своей продукции в области электромобильности. Обзор.
AP-42, CH 5.2: Транспортировка и сбыт нефтяных жидкостей окончательный
% PDF-1.6 % 1 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject> / ColorSpace> / Font >>> / MediaBox [0 0 612 792] / Повернуть 0 >> эндобдж 8 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject> / ColorSpace> / Font >>> / MediaBox [0 0 612 792] / Повернуть 0 >> эндобдж 13 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text] / Font >>> / MediaBox [0 0 612 792] / Повернуть 0 >> эндобдж 15 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject> / ColorSpace> / Font >>> / MediaBox [0 0 612 792] / Повернуть 0 >> эндобдж 18 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC / ImageI] / XObject> / ColorSpace> / Font >>> / MediaBox [0 0 612 792] / Повернуть 0 >> эндобдж 24 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text] / Font >>> / MediaBox [0 0 612 792] / Повернуть 0 >> эндобдж 26 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text] / Font >>> / MediaBox [0 0 612 792] / Повернуть 0 >> эндобдж 28 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text] / Font >>> / MediaBox [0 0 612 792] / Повернуть 0 >> эндобдж 30 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text] / Font >>> / MediaBox [0 0 612 792] / Повернуть 0 >> эндобдж 33 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text] / Font >>> / MediaBox [0 0 612 792] / Повернуть 0 >> эндобдж 36 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text] / Font >>> / MediaBox [0 0 612 792] / Повернуть 0 >> эндобдж 38 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text] / Font >>> / MediaBox [0 0 612 792] / Повернуть 0 >> эндобдж 40 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text] / Font >>> / MediaBox [0 0 612 792] / Повернуть 0 >> эндобдж 42 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC / ImageI] / XObject> / ColorSpace> / Font >>> / MediaBox [0 0 612 792] / Повернуть 0 >> эндобдж 48 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject> / ColorSpace> / Font >>> / MediaBox [0 0 612 792] / Повернуть 0 >> эндобдж 51 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text] / Font >>> / MediaBox [0 0 612 792] / Повернуть 0 >> эндобдж 53 0 объект [] эндобдж 54 0 объект > эндобдж 55 0 объект > эндобдж 56 0 объект > эндобдж 57 0 объект > эндобдж 58 0 объект > эндобдж 59 0 объект > эндобдж 2 0 obj > эндобдж 34 0 объект > эндобдж 61 0 объект > поток PScript5.dll Версия 5.2.22011-02-09T14: 37: 05-05: 002008-06-05T14: 13: 39-04: 002011-02-09T14: 37: 05-05: 00application / pdf
AP-42, CH 5.2 : Транспортировка и маркетинг жидких углеводородов, окончательная редакция — исправления, февраль 2011 г.
MPG
AP42 Глава 5 Нефтяная промышленность
нефть
жидкости
факторов
маркетинг
Acrobat Distiller 8.1.0 (Windows) нефть, жидкости, факторы, маркетинг: 9c051824-9ad0-4fb5-ad97-e907e110716cuuid: f40052d8-652e-4906-a1db-2902dedbc629 конечный поток эндобдж 62 0 объект >>>] / RBGroups [] / ON [63 0 R] / Order [] >> / OCGs [63 0 R] >> / Тип / Каталог / Контуры 64 0 R / AcroForm 65 0 R / PageMode / UseOutlines / Pages 59 0 R >> эндобдж 65 0 объект > / Шрифт >>> / DA (/ Helv 0 Tf 0 g) >> эндобдж 63 0 объект > / View> / PageElement> / Print >>> / Type / OCG / Name (Background) >> эндобдж 60 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text] / Font >>> / MediaBox [0 0 612 792] / Повернуть 0 >> эндобдж 64 0 объект > эндобдж 69 0 объект > эндобдж 68 0 объект > эндобдж 73 0 объект > эндобдж 71 0 объект > эндобдж 72 0 объект > эндобдж 80 0 объект > эндобдж 79 0 объект > эндобдж 78 0 объект > эндобдж 87 0 объект > эндобдж 86 0 объект > эндобдж 85 0 объект > эндобдж 92 0 объект > эндобдж 93 0 объект > эндобдж 94 0 объект > эндобдж 74 0 объект > эндобдж 95 0 объект > эндобдж 90 0 объект > эндобдж 91 0 объект > эндобдж 96 0 объект > эндобдж 97 0 объект > эндобдж 98 0 объект > эндобдж 99 0 объект > эндобдж 100 0 объект > эндобдж 101 0 объект > эндобдж 102 0 объект > эндобдж 88 0 объект > эндобдж 103 0 объект > эндобдж 89 0 объект > эндобдж 83 0 объект > эндобдж 84 0 объект > эндобдж 104 0 объект > эндобдж 105 0 объект > эндобдж 106 0 объект > эндобдж 107 0 объект > эндобдж 108 0 объект > эндобдж 109 0 объект > эндобдж 110 0 объект > эндобдж 81 0 объект > эндобдж 111 0 объект > эндобдж 82 0 объект > эндобдж 77 0 объект > эндобдж 75 0 объект > эндобдж 76 0 объект > эндобдж 114 0 объект > эндобдж 112 0 объект > эндобдж 115 0 объект > эндобдж 113 0 объект > эндобдж 70 0 объект > эндобдж 4 0 obj > эндобдж 46 0 объект > эндобдж 116 0 объект > эндобдж 117 0 объект > поток h ޴ z | SG {, [\% WI% ܑ ؖ \ 1 b6 $ `
CWIEME Global — Обсуждение технологии приводного двигателя с прямоугольным медным проводом
В последние годы автомобили на новых источниках энергии постепенно вошли в жизнь обычных потребителей благодаря быстрому развитию технологий электропривода и решительной поддержке новой энергетической политики странами всего мира.Если взять в качестве примера Китай, то в 2018 и 2019 годах продажи автомобилей на новой энергии превысили 1,2 миллиона. Можно предвидеть, что в ближайшем будущем автомобили на новой энергии заменят традиционные автомобили на топливе и станут основным средством повседневного передвижения.
Являясь основной частью транспортного средства на новой энергии, тяговый двигатель, который эквивалентен двигателю традиционных транспортных средств, обеспечивает выходную мощность транспортного средства. Производительность мотора напрямую влияет на характеристики автомобиля.Поэтому исследования и разработки и производство тяговых двигателей вызывают растущую озабоченность крупнейших мировых производителей автомобилей и запчастей. В соответствии с требованиями транспортных средств на новой энергии в отношении запаса хода, ускорения, стоимости и комфорта технические требования к приводным двигателям можно резюмировать как «два высоких и два низких», что интерпретируется как высокая эффективность, высокая удельная мощность, низкая стоимость и тихий шум. Чтобы соответствовать вышеуказанным техническим требованиям, инженеры и техники из разных стран старались изо всех сил улучшить характеристики тяговых двигателей.Технология намотки прямоугольной медной проволоки широко считается одним из основных направлений развития техники тяговых двигателей в будущем.
По сравнению с традиционным двигателем с круглой обмоткой из медного провода, двигатель с прямоугольной обмоткой из медного провода имеет лучшие характеристики с точки зрения эффективности, удельной мощности, стоимости и шума, что соответствует направлению технологического развития тягового двигателя. Фиг.1 представляет собой принципиальную схему обмотки из прямоугольной медной проволоки и круглой обмотки из медной проволоки.Из рисунка видно, что в пазах статора можно разместить больше медных проводников за счет использования прямоугольных обмоток из медных проводов, что улучшает коэффициент заполнения пазов двигателя. Коэффициент заполнения пазов двигателя с прямоугольной обмоткой из медной проволоки со шпильками, разработанного HASCO E-DRIVE, может достигать 90%, в то время как у традиционного двигателя с обмоткой из круглой медной проволоки в настоящее время составляет около 75%.
Рис.1 Принципиальная схема обмотки из прямоугольного медного провода и обмотки из круглого медного провода
Более высокий коэффициент заполнения паза означает, что сопротивление статора меньше, чем у двигателя того же размера.Меньшее сопротивление означает, что потери мощности ниже при том же токе, что способствует повышению эффективности. Благодаря использованию прямоугольных медных проводников теплопроводность обмотки якоря выше, чем у традиционного круглого медного провода. Таким образом, температура обмотки якоря может быть снижена на 10-15 ° C. Поскольку соединение волновой обмотки используется в виде прямоугольной обмотки из медного провода, длина оконечной обмотки может быть сокращена примерно на 50%, чтобы уменьшить количество эффективного материала и стоимость.В то время как потери в меди в оконечной обмотке уменьшаются, эффективность двигателя может быть повышена.
По сравнению с радиальной заделкой традиционного круглого медного провода, в обмотке из прямоугольной медной проволоки с шпилькой используется метод осевой заделки, что делает возможным использование паза в статоре меньшего размера или даже с закрытым пазом, а также влияние гармоник зубца на крутящий момент. пульсации и радиальная электромагнитная сила могут быть эффективно подавлены, чтобы достичь цели подавления NVH двигателя.Двигатели с прямоугольной обмоткой из медной проволоки больше подходят для производства и изготовления автоматизированных производственных линий. Когда выходная мощность достигает определенной величины, стоимость производства двигателя может быть снижена.
Но прямоугольная обмотка из медного провода также имеет свои недостатки, потери в обмотке переменного тока, которые в основном вызваны скин-эффектом и эффектом близости. На рис.2 показан скин-эффект и эффект близости прямоугольных обмоток из медных проводов.
Фиг.2 Скин-эффект и эффект близости обмоток из прямоугольной медной проволоки
Обмотка из круглой медной проволоки состоит из нескольких нитей тонких круглых медных проводов, намотанных параллельно, поэтому скин-эффект и эффект близости обмотки настолько малы, что их можно игнорировать. Потери переменного тока в обмотке из медной проволоки прямоугольного сечения возрастают более значительно с увеличением рабочей частоты двигателя. Чтобы снизить влияние потерь в обмотке переменного тока на характеристики двигателя, HASCO E-DRIVE применяет метод увеличения количества слоев обмотки на слот, чтобы сбалансировать производительность двигателя.Продукция для двигателей с прямоугольной медной проволокой, производимая HASCO E-DRIVE, превратилась из двухслойной в четырехслойную, а затем и в восьмислойную продукцию из прямоугольной медной проволоки, которая официально начала массовое производство в первой половине этого года. На рис. 3 показан восьмислойный электродвигатель HASCO E-DRIVE с прямоугольной медной проволокой. Этот продукт используется в чисто электрическом автомобиле ER6, выпущенном SAIC ROEWE.
Рис.3 8-слойный электродвигатель с прямоугольной медной проволокой и шпилькой производства HASCO E-DRIVE
Благодаря применению 8-слойной технологии шпильки, диапазон высокого КПД при КПД двигателя ≥90% может быть увеличен с 83% до 88%, а удельная мощность двигателя может быть увеличена на 53% до почти 6 кВт. / кг, а плотность крутящего момента увеличилась на 12% до почти 12 Нм / кг по сравнению с предыдущим поколением четырехслойных электродвигателей с прямоугольной медной проволокой и шпильками.
Благодаря преимуществам новейшего 8-слойного двигателя с прямоугольной медной проволокой со шпилькой, среднее энергопотребление по стандарту NEDC для ER6, выпущенного SAIC ROEWE, снизилось с 13,8 кВтч / 100 км до 12,2 кВтч / 100 км, что на 11,5%. При тех же условиях вождения автомобиль, оснащенный четырехслойным двигателем с прямоугольной медной проволокой, может проехать только около 548 км, что почти на 72 км меньше, чем у ER6, оснащенного 8-слойным двигателем с прямоугольной медной проволокой.
В настоящее время в HASCO E-DRIVE серийно производится два поколения двигателей с прямоугольной медной проволокой, среди которых первое поколение четырехслойных двигателей с прямоугольной медной проволокой и шпилькой используется во многих популярных моделях автомобилей, таких как Marvel X. , ERX5, EI5, которые были запущены SAIC ROEWE и EZS, запущенными SAIC MG.EZS вышеперечисленных моделей автомобилей также были проданы во многие зарубежные регионы, такие как Великобритания и Таиланд.
Рис.4 Модель EZS, запущенная SAIC MG
В первой половине этого года 8-слойные моторы из прямоугольной медной проволоки были массово производились и применялись в чисто электромобиле RE6, который принадлежит к премиальной R-серии, выпущенной SAIC ROEWE. Максимальная скорость ER6 может достигать 185 км / ч, запас хода — 620 км при энергопотреблении 12.2кВтч / 100км.
Рис.5 Модель ER6, выпущенная SAIC ROEWE
HASCO E-DRIVE занимается исследованиями и разработками и производит основные детали для нового энергетического транспортного средства, тягового двигателя и контроллера с момента своего создания. Мы начали исследования и разработки двигателя с прямоугольной медной обмоткой в 2013 году, и за годы неустанных усилий и исследований HASCO E-DRIVE стала первой компанией в Китае, которая действительно реализовала массовое производство двигателей с прямоугольной медной обмоткой в 2017 году.Затем двигатели последовательно использовались во многих чисто электрических моделях автомобилей, выпущенных SAIC ROEWE и SAIC MG. К настоящему времени общий объем отгрузки электродвигателей с прямоугольной медной обмоткой HASCO E-DRIVE составляет около 150 тысяч. В начале 2020 года на заводе HASCO E-DRIVE в Китае было впервые реализовано серийное производство 8-слойных электродвигателей с прямоугольной медной обмоткой и шпилькой.
HASCO E-DRIVE не только поставляет SAIC приводные двигатели для электромобилей и гибридных автомобилей, но также сотрудничает и поставляет продукцию для многих всемирно известных автомобильных предприятий, таких как проект «База платформы Volkswagen MEB» и проект «BEV3». «Дженерал Моторс.HASCO E-DRIVE оснащен автоматическими, полуавтоматическими и ручными производственными линиями, которые могут удовлетворить потребности массового производства и изготовления прототипов, а общая мощность может достигать 800 тысяч. С момента основания HASCO E-DRIVE продвижение инноваций и развитие новых энергетических технологий считалось целью и направлением деятельности компании. HASCO E-DRIVE надеется на дальнейшее общение и сотрудничество с вами!
Об авторе
Сун Чжихуань
Старший менеджер отдела электротехники
Компания Hasco Automotive Electric Drive System Co., ООО
Старший инженер. Окончил Шэньянский технологический университет по специальности «Электрооборудование и электроприборы», докторская степень. Основное направление исследований — синхронная машина с постоянными магнитами и технология управления ею. Занимается электромагнитным дизайном машин с постоянными магнитами в течение длительного времени и хорошо разбирается в расчетах и анализе электромагнитного поля, а также в исследованиях технологии подавления шумовых помех в электрическом оборудовании.
Профиль компании:
Hasco Automotive Electric Drive System Co., Ltd., Является совместным предприятием, созданным Huayu Automotive Systems Company Limited (подчиняется группе SAIC) и Guizhou Aerospace Industry Company (подчиняется Китайской аэрокосмической научно-промышленной корпорации), стремясь предоставить интегрированные решения для системы привода новых энергетических транспортных средств, и Исследования и разработки и производство основных частей двигателя и системы управления, которая является основными поставщиками запчастей для автомобилей на новой энергии с передовыми технологиями в стране.
HASCO E-DRIVE обладает собственными правами интеллектуальной собственности на основную технологию нового тягового двигателя и системы управления, а также имеет выдающиеся результаты исследований и разработок продукции, разработки программного обеспечения, системной интеграции и полного набора производственных мощностей.Платформенные продукты обладают характеристиками высокой производительности и высокой надежности, и в то же время гибкая модульная конструкция может обеспечить эффективные индивидуализированные интегрированные решения для различных требований приложений нескольких транспортных средств на новой энергии. В настоящее время компания имеет две производственные базы, образующие многосерийную, разнообразную производственную линию двигателей и контроллеров, чтобы удовлетворить производственные потребности клиентов различного масштаба. HASCO E-DRIVE представила передовое и полное оборудование для тестирования и проверки и автоматическую производственную линию, наши возможности тестирования достигли требований национальных стандартов.

Коэффициент наполнения цилиндра в двигателе

Коэффициент наполнения двигателей — Энциклопедия по машиностроению XXL

Факторы, влияющие на наполнение цилиндра

Оценка наполнения цилиндра ДВС свежим зарядом по результатам численного моделирования Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Коэффициент — наполнение — двигатель

Коэффициент — наполнение — двигатель

Процессы наполнения и выпуска

Понятие коэффициента наполнения дизеля судового двигателя

Понятие коэффициента наполнения

Emetor — Глоссарий — Коэффициент заполнения щели

Насколько велик максимально возможный коэффициент заполнения прорези при использовании круглых проводников?

( PDF) Расчет коэффициента заполнения пазов и электромагнитные характеристики однофазных двигателей с переключением потока с электрическим возбуждением

Основы двигателя

Тепловые двигатели

Определение и классификация

Двигатели внутреннего сгорания

Двигатели внешнего сгорания

Трансмиссия: Чистая производительность

Электродвигатели: двигатели синхронные со шпильчатой ​​обмоткой

Инверторы с импульсным управлением управляют двигателями

Трансмиссия: двухступенчатая коробка передач, уникальная для Porsche

Рекуперация: восстановление высокого уровня энергии

Режимы вождения: неограниченный выбор дальнего следования или максимальной спортивности

Диапазон

нормальный

Спорт

Спорт Плюс

Ходовые качества: всегда убедительно

Launch Control: И полный вперед!

Дополнительное содержание

AP-42, CH 5.2: Транспортировка и сбыт нефтяных жидкостей окончательный

CWIEME Global — Обсуждение технологии приводного двигателя с прямоугольным медным проводом

Добавить комментарий Отменить ответ

Электродвигатели: двигатели синхронные со шпильчатой обмоткой